في مجال الفيزياء النووية ، يتم دراسة أنواع مختلفة من الإشعاع الموجودة. في هذه الحالة ، سنركز على دراسة أشعة غاما. هي عبارة عن إشعاعات كهرومغناطيسية تنتج عن التحلل الإشعاعي للنوى الذرية. تتمتع أشعة جاما هذه بأعلى تردد إشعاعي وهي من بين أكثر الإشعاعات خطورة على البشر، إلى جانب الإشعاعات المؤينة الأخرى. وذلك لأنها عبارة عن إشعاعات، على الرغم من أنها لا تحمل شحنة كهربائية، إلا أنها يمكن أن تسبب أضرارًا كبيرة للخلايا البشرية وحمضها النووي.
ولذلك، فإننا سنخصص هذا المقال لإخباركم عن خصائص وأهمية واستخدامات أشعة جاما. وسنتناول أيضًا الآثار المترتبة على الصحة والتطبيقات في التقنيات المتقدمة، مثل الطب.
الملامح الرئيسية
باختصار ، سنقوم بإدراج الخصائص الرئيسية لأشعة جاما:
- إنها جسيمات لم تعد في حالة راحة لأنها تتحرك بسرعة الضوء.
- كما أنها لا تحتوي على شحنة كهربائية لأنها لا تنحرف بفعل المجالات الكهربائية والمغناطيسية.
- لديهم القليل جدا من القوة المؤينة على الرغم من أنها تخترق تماما. أشعة جاما من الرادون يمكنهم عبور ما يصل إلى 15 سم من الفولاذ.
- إنها موجات مثل الضوء ولكنها أكثر نشاطًا من الأشعة السينية.
- المركب المشع الذي يتم امتصاصه في الغدة ويتجنب إشعاع غاما يجعل من الممكن دراسة الغدة المذكورة عن طريق الحصول عليها على الشاطئ.
لها إشعاع عالي التردد وهي واحدة من أخطر الإشعاعات على البشر ، مثل جميع الإشعاعات المؤينة. يكمن الخطر في حقيقة أنها موجات عالية الطاقة يمكنها إتلاف الجزيئات بشكل لا رجعة فيه. التي تشكل الخلايا، مما يسبب الطفرات الجينية وحتى الموت. وعلى الأرض، يمكننا ملاحظة المصادر الطبيعية لأشعة جاما في تحلل النويدات المشعة وتفاعل الأشعة الكونية مع الغلاف الجوي؛ هناك عدد قليل جدًا من الأشعة التي تنتج أيضًا هذا النوع من الإشعاع. بالإضافة إلى ذلك، إذا كنت ترغب في معرفة المزيد عن أنواع أخرى من الإشعاع، يمكنك الرجوع إلى مقالتنا حول كل ما تحتاج إلى معرفته عن البرق.
خصائص أشعة جاما
عادة ، يكون تردد هذا الإشعاع أكبر من 1020 هرتز ، لذلك فإن طاقته أكبر من 100 كيلو فولت وطول موجي أقل من 3 × 10-13 م ، أي أقل بكثير من قطر الذرة. تمت أيضًا دراسة التفاعلات التي تنطوي على أشعة جاما للطاقة من TeV إلى PeV.
تعتبر أشعة جاما أكثر اختراقًا من الإشعاع الناتج عن أشكال أخرى من التحلل الإشعاعي ، أو تسوس ألفا واضمحلال بيتا ، بسبب الميل الأقل للتفاعل مع المادة. يتكون إشعاع جاما من الفوتونات. هذا اختلاف جوهري عن إشعاع ألفا المكون من نوى الهيليوم وإشعاع بيتا المكون من الإلكترونات.
الفوتونات لأنها غير مجهزة بالكتلة ، فهي أقل تأينًا. عند هذه الترددات ، لا يمكن أن يتجاهل وصف ظواهر التفاعلات بين المجال الكهرومغناطيسي والمادة ميكانيكا الكم. تتميز أشعة جاما عن الأشعة السينية بأصلها. يتم إنتاجها عن طريق التحولات النووية أو دون الذرية ، على أي حال ، في حين يتم إنتاج الأشعة السينية من خلال انتقالات الطاقة بسبب دخول الإلكترونات إلى المزيد من مستويات الطاقة الحرة الداخلية من مستويات الطاقة الخارجية الكمية.
نظرًا لأن بعض التحولات الإلكترونية يمكن أن تتجاوز طاقة بعض التحولات النووية، فإن تردد الأشعة السينية ذات الطاقة الأعلى يمكن أن يكون أعلى من تردد أشعة جاما ذات الطاقة الأدنى. لكن في الواقع، فهي كلها موجات كهرومغناطيسية، مثل الموجات الراديوية والضوء. إذا كنت ترغب في معرفة المزيد عن المكونات الأخرى للطيف، يمكنك الاطلاع على مقالتنا حول التحليل الطيفي، الأنواع والخصائص.
مواد مصنوعة بفضل أشعة جاما
المادة المطلوبة لحماية أشعة جاما أكثر سمكًا من تلك المطلوبة لحماية جسيمات ألفا وبيتا. يمكن سد هذه المواد بورقة بسيطة (α) أو صفيحة معدنية رفيعة (β). يمكن للمواد ذات العدد الذري العالي والكثافة العالية أن تمتص أشعة جاما بشكل أفضل. في الواقع ، إذا كان مطلوبًا تقليل 1 سم من الرصاص شدة أشعة جاما بنسبة 50٪ ، يحدث نفس التأثير في 6 سم من الأسمنت و 9 سم من الأرض المضغوطة.
تُقاس مواد الحماية عمومًا من حيث السماكة اللازمة لخفض كثافة الإشعاع إلى النصف. من الواضح أنه كلما زادت طاقة الفوتون ، زادت سماكة الدرع المطلوب.
لذلك ، هناك حاجة إلى شاشات سميكة لحماية البشر ، لأن أشعة جاما والأشعة السينية يمكن أن تسبب الحروق والسرطان والطفرات الجينية. على سبيل المثال، في محطات الطاقة النووية ، يتم استخدامه لحماية الفولاذ والأسمنت في احتواء الكريات ، في حين أن الماء يمكن أن يمنع الإشعاع أثناء تخزين قضبان الوقود أو أثناء نقل قلب المفاعل. إذا كنت تريد معرفة المزيد عن كيفية عمل الضوء في سياق الإشعاع، فتفضل بالاطلاع على مقالتنا حول ما هو الضوء.
تطبيقات
العلاج الإشعاعي المؤين هو طريقة فيزيائية تستخدم لتعقيم المواد الطبية والصحية ، وإزالة التلوث عن المواد الغذائية والمواد الخام والمنتجات الصناعية ، وتطبيقها في مجالات أخرى، سنرى لاحقًا.
تتضمن هذه العملية تعريض المنتج أو المادة المعبأة أو السائبة النهائية للطاقة المؤينة. يتم ذلك في غرفة خاصة تسمى غرفة التشعيع لكل حالة محددة وضمن فترة زمنية محددة. تخترق هذه الموجات المنتجات المكشوفة تمامًا ، بما في ذلك المنتجات المعبأة متعددة الطبقات.
يعد استخدام الكوبالت 60 لعلاج أمراض الأورام طريقة منتشرة على نطاق واسع حاليًا في بلدي وفي العالم نظرًا لفعاليتها وسلامتها الذاتية. يطلق عليه علاج الكوبالت أو العلاج بالكوبالت و يتضمن تعريض أنسجة الورم لأشعة جاما.
ولتحقيق هذه الغاية، يتم استخدام ما يسمى بجهاز معالجة الكوبالت. هذا الجهاز مزود برأس محمي مزود بالكوبالت 60 ومزود بجهاز يتحكم بدقة في التعرض المطلوب في كل حالة محددة لعلاج المرض بشكل مناسب. لمزيد من المعلومات حول الثقوب السوداء وتفاعلاتها مع الإشعاع، يمكنك قراءة مقالتنا حول الثقوب السوداء الهائلة.
يعود أول تطبيق تجاري لطاقة التأين إلى أوائل الستينيات. واليوم ، هناك حوالي 160 محطة إشعاع قيد التشغيل في العالم، موزعة في أكثر من 30 دولة ، وتقدم مجموعة واسعة من الخدمات لمزيد من الصناعات.
كما ترون ، على الرغم من أنها خطيرة ، إلا أن الإنسان يتمكن من الاستفادة من أشعة جاما في العديد من المجالات كما يحدث في الطب. آمل أن تتمكن من خلال هذه المعلومات من معرفة المزيد عن أشعة جاما وخصائصها.