نشاط اشعاعي

جامعة بابل - كلية التربية الأساسية – قسم العلوم – محاضرات النشاط الإشعاعي - للمرحلة الثالثة- فرع الفيزياء – للعام الدراسي 2018_2019 م . م سفير عبد الكريم الساعاتي
المحاضرة الخامسة من ( 1_ 6 )

الاستقرار النووي
تتحول معظم الانوية الغير مستقرة الى انوية مستقرة وتدعى الإلية التي تتحول بها الى مستقرة بالتحلل الاشعاعي. مما يؤدي الى انبعاث احدى الاشعاعات الفا او بيتا و كاما وبين مخطط سيغر segre هذه العملية . يبين الشكل الاتي عدد البروتونات على المحور الافقي و عدد النيوترونات على المحور العمودي . نلاحظ ان جميع الانوية المستقرة وغير المستقرة موزعة في الحزمة بألوان مختلفة . يمثل الخط الفاصل بين الاصفر و الازرق على المخطط الانوية المستقرة ( مستقيم الاستقرار ) معنى هذا ان الانوية القريبة من هذا المستقيم بعدد بروتوناتها و عدد نويوتروناتها تكون اكثر استقرارا .
تمثل النقاط الصفراء و الخضراء و الزرقاء انوية غير مستقرة , المستقيم الذي معادلته N=Z الانوية التي تحتوي على عدد صغير من البروتونات , عندما يكبر عدد البروتونات فان عدد النويوترونات يكبر أيضا ( لكي تستقر نواة يجب ان يكون هناك توازن بين عدد البوتونات و النويوترونات ) .
الانوية التي عدد نيوكلوناتها مرتفع تبعث جسيمات الفا ( باللون الاصفر).
الانوية التي فيها النويوترونات كبير تبعث جسيمات ?^- ( باللون الازرق ).
الانوية التي فيها البوتونات كبير تبعث جسيمات ?^+ ( باللون الاحمر ).

وحدات قياس الجرعة الإشعاعية Radioactivity units
هي مقادير فيزيائية تعبر عن كمية الطاقة المودعة في كتلة معينة من المادة أو النسيج البشري، أو تعبر عن مخاطر الأنواع المختلفة من الإشعاعات المؤينة على الأنسجة وأعضاء الإنسان، أو على كامل جسم الإنسان.
وتعتمد هذه الكميات عند اشتقاقها، على:-
أسلوب تفاعل النوع المعين من الإشعاعات المؤينة مع المادة.
أسلوب انتقال الطاقة من هذه الإشعاعات للمادة.
مدى ضرر النوع المعين من الإشعاعات على الكائن الحي.
تقاس فعالية أي عنصر مشع بعدد الانحلالات الحادثة في وحدة الزمن لذلك فان وحدة قياس النشاط الإشعاعي هي البيكرل Becquerel (Bq)
وتعرف بأنها عدد الإشعاعات التي تصدرها العينة المشعة في الثانية الواحدة وسميت بهذا الاسم تخليدا لذكرى العالم الفرنسي ( بيكرل) الذي اكتشف ظاهرة النشاط الإشعاعي .
كما يقاس النشاط الإشعاعي بوحدة الكوري (curie ) حيث يعرف الكوري
بأنه فعالية أي عنصر مشع ينحل بمعدل ( 3.7*107 ) بالثانية الواحدة.
Decay/sec 1 curie ( ci ) = 3.7*107
Bq 1 curie ( ci ) = 3.7*107

وهناك وحدة الرذرفورد التي تستخدم كذلك لقياس الفعالية والتي تعرف بأنها فعالية أي عنصر ينحل بمعدل ( 106) بالثانية الواحدة .
Decay/ sec 1 Rutherford = 106
Bq 1 Rutherford = 106

وحدة التعرض للإشعاع The exposure unit X
أن للتعرض في الوقاية الإشعاعية معنيين مختلفين :-
الأول ذو طابع عام، ويقصد به التعرض للإشعاعات المؤينة أما المعنى الثاني فهو يعبر عن كمية فيزيائية محددة.
والتعرض: - هو تعرض الهواء الجاف في الظروف المعيارية) أي عند درجة حرارة الصفر المئوي وعند ضغط يساوي 760 ملليمتر زئبق ( لكمية من الأشعة السينية أو إشعاعات كاما منخفضة الطاقة - حتى 3 ميغا إلكترون فولت)
ويقاس التعرض بكمية الشحنة الكهربائية) الموجبة أو السالبة ( الناتجة عن التأين في وحدة الحجوم من الهواء الجوي الجاف في هذه الظروف .
أي أن:
x=dQ/dm
حيث: التعرض ( X ) الشحنة dQ (الموجبة أو السالبة(، حجم من الهواء الجاف كتلته dm) في الظروف المعيارية.
ويقاس التعرض بوحدة عرفت باسم "رونتجن.Rontgenوقد تم تعريف الرونتجن بأنه عملية التعرض لكمية من الأشعة السينية أو إشعاعات كاما منخفضة الطاقة تؤدي إلى توليد شحنة كهربائية ) سالبة أو موجبة ( مقدارها ( ( 2.5 *10 4 كولوم في كغم واحد من الهواء الجاف وعند الظروف المعيارية.أي أن:
I R = 2.58 x 104 Coulomb/kg air
وحدة الجرعة الممتصة The absorbed dose unit ( D)
هي ناتج قسمة الطاقة المودعة المتوسطة ( dE )التي أودعتها الجسيمات (الفوتونات المؤينة) في عنصر من المادة تبلغ كتلته (.(dm أي أن الجرعة الممتصة D هي:
D= d E/dm
وتجدر الإشارة إلى أن الجرعة الممتصة تستخدم لجميع أنواع الإشعاعات المؤينة، سواء كانت مشحونة أو غير مشحونة، ولجميع الطاقات وكذلك لجميع المواد التي تسقط عليها الإشعاعات المؤينة .
ووحدة قياس الجرعة الممتصة في النظام الدولي هي كراي “Gray (Gy)
ومازالت الوحدة التقليدية للجرعة الممتصة للإشعاع هي "الراد “rad” مستخدمة في بعض المراجع والأجهزة الخاصة بالنشاط الإشعاعي .حيث يعرف الراد بأنه الطاقة الممتصة والمساوية إلى (100) أرك وذلك من قبل غرام واحد من المادة المعرضة للإشعاع.
Gy = 100 rad
الجرعة المكافئة للاشعاع The equivalent dose (H)


التأثير البيولوجي النسبي للإشعاع Relative biological effectiveness (RBE)
ويطلق عليها بالريم (Rem) حيث يعرف الريم بأنه كمية الطاقة الممتصة من قبل المادة المعرضة للإشعاع مضروبا بالتأثير البايلوجي النسبي الذي يقصد به التأثير الحاصل عندما تتعرض المادة إلى إشعاعات مختلفة حيث لا يكون هذا التأثير متساويا بالشدة اعتمادا على نوع المادة .
وحدة الجرعة المكافئة = التأثير البايلوجي النسبي RBE * الجرعة بالراد

وعند التعبير عن الجرعة الممتصة في النظام الدولي للوحدات "بالكراي"،“Gray (Gy) يكون التعبير عن الجرعة مكافئة بالسيفرت (Seivert ( Sv)
أي أن السيفرت هو وحدة قياس الجرعة المكافئة في النظام الدولي للوحدات
أما عند التعبير عن الجرعة الممتصة بالراد، يعبر عن الجرعة
المكافئة بالرِيم (Rem) (الوحدة التقليدية ( .
حيث أن:-
1 Seivert = 100 Rem
قياس ومراقبة الإشعاعات المؤينة:
للأسف فإن إحساس الإنسان لا يستطيع أن يكشف عن وجود الإشعاعات التي تصدر عن المادة المشعة أو الجهاز المنتج للإشعاع ، لكن الإنسان يملك أدوات متنوعة تستطيع الكشف والقياس عن هذه الإشعاعات وبدقة عالية.
تقاس الجرعات الإشعاعية للأشعة المؤينة بوحدة الجراي (Gy) أو سيفرت (Sv).
الجراي Gray:
هي جرعة من الطاقة الممتصة مقدارها واحد جول لكل كجم من المادة.
ولكن يختلف التأثير البيولوجي في جسم الإنسان والناتج عن الجرعة الممتصة نفسها تبعاً لنوع الإشعاع حيث وجد على سبيل المثال أن التأثير البيولوجي لمجموعة من البروتونات يختلف عن تأثير نفس الجرعة من جسيمات ألفا وهكذا….
لذلك تم وضع وحدة قياس تسمى سيفرت تعتمد على عامل النوعية للأشعة الساقطة وبالتالي على مدى التلف البيولوجي الذي تحدثه الجرعة وتسمى الجرعة في هذه الحالة الجرعة المكافئة.

سيفرت Sievert:
هي وحدة للجرعة الإشعاعية التي تسبب نفس التلف البيولوجي بغض النظر عن نوعية الإشعاع الساقط.
1 مللي سيفرت = 10-3 سيفرت.
1 ميكروسيفرت = 10-6 سيفرت.
وتعتبر وحدة مللي سيفرت الأكثر شيوعاً.

ويمكن أن ندرك مدى خطورة الأشعة المؤينة كالتالي:
10,000 مللي سيفرت كجرعة قصيرة المدى تسبب مرض فوري يعقبه موت خلال أسابيع قليلة.
من 2000-10,000 مللي سيفرت كجرعة قصيرة المدى تسبب مرض إشعاعي يكون مهلكاً على الأرجح بينما 1000 مللي سيفرت كجرعة طويلة المدى من المحتمل أن تسبب سرطان قاتل خلال عدة سنوات لخمس أشخاص من كل مائة يتعرضون لهذه الجرعة.
1000 مللي سيفرت كجرعة قصيرة المدى من المحتمل أن تسبب مرض مؤقت مثل غثيان ونقص في عدد كرات الدم البيضاء تزداد حدته بزيادة الجرعة.
50 مللي سيفرت/عام هي أقل معدل جرعة لا يوجد دليل كونها تسبب سرطان حيث تزداد الخطورة للإصابة بالسرطان مع زيادة الجرعة.
20 مللي سيفرت/عام خلال متوسط خمس سنوات هي الحد الادنى الموضوع للعمال في الصناعة النووية ومناجم اليورانيوم.
10 مللي سيفرت/عام تعتبر معدل الجرعة النموذجية الممتصة بواسطة مناجم اليورانيوم في أستراليا وكندا.
3 مللي سيفرت/عام تعتبر الخلفية الإشعاعية للمصادر الطبيعية في شمال أمريكا تشمل تقريباً 2 مللي سيفرت/عام من غاز الرادون المشع الموجود في الهواء طبيعياً.
2 مللي سيفرت/عام تعتبر الخلفية الإشعاعية للمصادر الطبيعية تشمل 0.7 مللي سيفرت/عام من غاز الرادون في الهواء.
0.3 - 0.6 مللي سيفرت/عام هي معدل الجرعة الإشعاعية النموذجية للمصادر الصناعية خصوصاً الطبية.
ويمكن القول بأن التأثيرات البيولوجية الناتجة عن المستويات المنخفضة للتعرض الإشعاعي صغيرة جداً ولا يمكن كشفها وعلى أي حال فإن مقاييس الوقاية من الإشعاع تفترض أن التأثير يتناسب مباشرة مع الجرعة حتى بمستويات منخفضة تبعاً لذلك فإن التأثير الخطي للإشعاع يعني أنه يهبط إلى النصف مثلاً إذا هبطت الجرعة للنصف ويعتقد بشكل واسع أن الجرعة الإشعاعية العالية التي تتجمع مع الوقت لا تقتل على الفور ولكن قد ينجم عنها سرطان يظهر بعد عدة سنوات من التعرض.

وبالمقابل فإن جرعات عالية من الإشعاع توجه إلى الأورام كعلاج إشعاعي لقتل الخلايا السرطانية ، وأيضاً تستخدم جرعات عالية جداً لقتل البكتريا الضارة في الغذاء وتعقيم الوسائل والأدوات الطبية وعليه فإن الإشعاع اصبح أداة ذات قيمة كبيرة في العصر الحديث.