تعريف الخصائص الفيزيائية لاشعة جاما

اشعة جاما تعني بالانجليزية Gamma Rar او gamma radiation وكما تم التوضيح سابقا انها ضمن الاشعاع الكهرومغناطيسي وتحتوي علي طاقة عالية جدا ولا تملك اي كتلة او شحنة و تتكون اشعة غاما من الفوتونات عالية الطاقة ذات طول موجة قصيرة و عالية التردد ، شديدة الاختراق ، خطيرة بيولوجيا ويمكن لاشعة جاما السفر لآلاف الكيلومترات وتمر بسهولة من خلال جسم الانسان او المواد الاخرى.

مقدمة عامة عن الخصائص الفيزيائية لاشعة جاما

الاشعاع عموما واشعة جاما بصفة خاصة هي حولنا في كل مكان وفوق العالم الذي نعيش فيه وهي جزء من طبيعة عالمنا منذ ان خلق الله سبحانه وتعالى الكون و كوكب الارض ، وكما تجد العديد من المصادر الطبيعية لاشعة جاما على الارض على سبيل المثال في البوتاسيوم ٤٠ الذي يعتبر من النظائر المشعة ذات العمر الطويل حيث ان متوسط نصف حياته ١.٢٥١ في ١.٩ سنة وهو (يساوي عمر الارض المفترض) ويمكن العثور على البوتاسيوم ٤٠ في كل شيئ في التربة – الماء – اللحوم – الموز واخير ليس البوتاسيوم هو المصدر الوحيد الطبيعي لاشعة جاما ولكن هناك مئات المصادر الاخرى (سبحان الله).

في الاساس تنبعث اشعة جاما من نواه غير مستقرة في عملية انتقالها من حالة الطاقة العالية الى حالة اقل تعرف باسم اضمحلال جاما بالانجليزية gamma decay ، وفي معظم المختبرات العلمية حيث يتم انشاء التفاعلات النووية مثل تخصيب اليورانيوم تحدث عمليات الاضمحلال في النويدات الاساسية وبالتالي يتم انتاج اشعة جاما وعند اضمحلال اشعة جاما تصاحبه اشكال اخرى من الاضمحلال مثل اضمحلال اشعة الفا بالانجليزية alpha واشعة بيتا بالانجليزية beta.

ويتلخص الموضوع انها واحدة من ثلاثة انواع من النشاط الاشعاعي الطبيعي الذي يضم كل من اشعة الفا و بيتا و جاما و التي تكون على شكل جزيئات، وتعتبر اشعة جاما النوع الاكثر قوة  في جميع حالات الاشعة الكهرومغناطيسية ويتم انتاجها للاستخدام في التصوير الصناعي من خلال تفاعل الذرات المشعة.

وتعتمد قوة وشدة اشعة جاما من خلال نسبة النيترونات الي البروتونات داخل النواه التي تحمل احدي الصفتين اما نواه مستقرة او نواه غير مستقرة ، والمعنى الحرفي للنواه الغير مستقرة انها تكون متغيرة باستمرار والسبب يعود نتيجة خلل في ارتباط الطاقة داخل نواه الذرة.

ومع مرور الوقت تتفكك الذرة من تلقاء نفسها او تتحول الى عمليات الاضمحلال الاشعاعي وهذه المواد غالبا تعرف باسم المواد المشعة الناتجة من التفاعلات الاشعاعية ، و بعد كل هذه المراحل يتم انتاج المواد المشعة نتيجة الاضمحلال الاشعاعي والتي تعرف باسم الاشعاع الكهرومغناطيسي وتكون حسب الاتي:

تعريف جسيمات الفا (اشعة الفا)

بالاشارة الى الشكل اعلاه بعض النويدات المشعة في الكتلة الذرية المرتفعة مثل Ra-226, U-238, Pu-239 اثناء اضمحلالها يتم انبعاث جزيئات اشعة ألفا ، والاساس ان جزيئات الفا يتم فيها إحكام اتنين من النيوترونات واثنين من البروتونات من كل نواه He-4 التي لديها شحنة موجبة ، كما ان انبعاث جسيم ألفا من النواه يسبب انخفاض وحدتين في العدد الذري  Z وانخفاض أربع وحدات من العدد الكتلي A ، وتنبعث جسيمات ألفا بطاقات منفصلة وتتميز بالتحول الخاص بها الذي تنشاء منه، وبالتالي فآن جميع عمليات تحول النويدات في اشعة الفا لها طاقات معينة ومتطابقة.

تعريف اشعة بيتا او جسيمات بيتا

نواة غير مستقرة مع نسبة من النيوترونات إلى البروتونات والتي تتحلل من خلال انبعاث الإلكترون بسرعة عالية وتسمى هذه العملية باسم جسميات بيتا ، وفي عملية تحلل و اضمحلال النيوترون سوف ينقسم الى بروتون موجب الشحنة و إلكترون سالب الشحنة ، وبالتالي هذه النتيجة تحدث تغيير في وحدة واحدة فقط من العدد الذري Z ، ولا يوجد اي تغيير في العدد الكتلي A ،  والخلاصة ان جسيمات بيتا  لها شحنة سالبة وسوف تتراوح قيمة الطاقة المنبعثة الي ما يقرب من الصفر وتصل إلى أقصى قيمة لها  وهي سمة من سمات التحول الاشعاعي.

تعريف اشعة جاما

نواة متهيجة او في حالة غير مستقرة و ينبعث منها واحد أو أكثر من الفوتونات ذات الطاقة ( حزم الاشعة الكهرومغناطيسية) وتكون بشكل منفصل ، وان انبعاث أشعة جاما لا يغير عدد البروتونات أو النيوترونات داخل النواة ، وبدلا من ذلك يؤثر علي تحريك نواه الذرة من الطاقة العالية الي الطاقة الاقل لتصبح (من نواه غير مستقرة الي نواه مستقرة) وغالبا ما يتبع  انبعاث اشعة جاما عملية اضمحلال وتحلل اشعة بيتا واشعة ألفا بجانب عمليات اضمحلال وتحلل نوويه اخرى داخل المفاعلات

دعاء ….. ربنا لاتزغ قلوبنا بعد اذا هديتنا

تعريف النشاط الاشعاعي للمواد المشعة

ان الكمية التي تعبر عن درجة النشاط الاشعاعي او القدرة المنتجة للاشعاع مع كمية معينة من المواد المشعة تعرف باسم النشاط الاشعاعيactivity ، ويتم تعريف مقدار هذا النشاط بوحدة قياس الكوري بالانجليزية CI Curie ، وهي وحدة قياس اي مادة مشعة تتحلل بمعدل غرام واحد من الراديوم النقي، وبشكل ادق لتعريف الكوري Ci هي عدد تفكك عدد الذرات في الثانية الواخدة حسب المعادلة الاتية : ١٠١٠ X ٣.٧ ،

وفي انظمة القياس الدولية يستخدم ايضا وحدة قياس البيكريل Becquerel الذي يعبر عن العمليات التي تتحول فيها الذرة الواحدة في الثانية الواحدة،/// و لا يتوقف النشاط الاشعاعي لمقدار معين من المواد المشعة على الكتلة الحالية ، فعلي سبيل المثال لتوضيح هذه النقطة اذا كان هناك اثنين من المصادر المشعة قدرتهم واحد كوري ، ومصنوعين من نفس المادة المشعة فلا توجد اي علاقة للكتله بالنشاط الاشعاعي ، و قد يكونوا ذو كتل مختلفة ، والخلاصة ان هذه العملية تتم بالاعتماد على الحصص النسبية في كميات الذرات الغير مشعة الموجودة في كل مصدر من المصادر المشعة.

ان ما يسمى تركيز النشاط الإشعاعي أو العلاقة بين كتلة المواد المشعة و تحديد النشاط الاشعاعي Specific activity هو عبارة عن نشاط اشعاعي معين في عدد معين من الكيوري أو البيكريل لكل وحدة من حجم الكتلة بالجرام ، فعلي سبيل المثال يكون لكل غرام من كتلة الكوبالت Cobalt-60 سيحتوي على ما يقرب من 50 Ci و سوف تحتوي كتلة الاريديوم  Iridium-192 علي 350 Ci لكل غرام من المواد المشعة وبالتالي فهو الاقصر عمرا ، وتكون نتائج تركيز النشاط الاشعاعي اعلي في المصادر الاصغر جسديا  مثل مصدر  Iridium-192 ، وهذا هو سر استخدام Iridium-192 بشكل اكثر من المصادر المشعة الاخري ، لانه يسمح للمشغل بوضع  المصدر لمسافة قريبة من الفيلم بجانب الحفاظ على حدة وجودة الصورة الشعاعية وفي المثال التالي يوضح عملية التركيز في النشاط الاشعاعي.

ملاحظات بسيطة:

الفوتون: في الذرة ينتج عندما يتحول أحد الكترونات الذرة من مستويات طاقة علوية إلى مستويات طاقة سفلية ومن ثم يطلق بعدها الالكترون فارق الطاقة على هيئة فوتونات لها ترددات محددة ويتحرك الفوتون في الفراغ بسرعة الضوء ٢٩٩٧٩٢٤٥٨ متر علي الثانية.

الكوبالت٦٠ Cobalt-60 : يرمز اليه  CO هو احد المصادر المشعة المصطنعة غير الطبيعية وهو مشتق عبر التنشيط النيتروني من الكوبالت ٥٩  Cobalt-59 وعند اضمحلاله تصدر منه اشعة جاما في اثنين من الموجات المتحفظة بطاقة اشعاع قدرها ١.١٧ و ١.٣٣ ميجا الكترون فولت.

الاريديوم ١٩٢ Iridium-192 : ويرمز اليه Ir وهو من المصادر الاشعاعية الطبيعية واكثر تواجد له في جنوب افريقيا وعند اضمحلاله ينبعث منه اشعه جاما في ثلاث موجات متحفظة بطاقة اشعاعية قدرها ٠.٣١ و ٠.٤٧ و ٠.٦٠ ميجا الكترون فولت وهو المصدر الاكثر استخداما في الاختبارات غير الاتلافية.

الجدير بالذكر انه تم اكتشاف اشعة جاما بعد اكتشاف الاشعة السينية بوقت قصير في العام ١٨٩٦ واكتشفها العالم الفرنسي هنري بيكيريل ، بعد ملاحظة انه يمكن لمعدن اليورانيوم النقي ان يعرض لوحة فوتوغرافية من خلال مواد اخرى، وافترض انه ربما يكون هناك ضوء غير مرئي مماثل للاشعة السينية والتي اكتشفها العالم ويليام رونتجن ووصفها بالفلز المعدني metallic phosphorescence وفي عام ١٩١٤ شوهدت اشعة جاما تنعكس من الاسطح البلورية مع ترددات اعلى وطول موجي قصير وهذا سبب انها من عائلة الاشعة الكهرومغناطيسية كما انني اامل ان اكون وفقت في شرح و تعريف الخصائص الفيزيائية لاشعة جاما وقد يهمك قرآة تعريف الاشعة السينية