النويدة المشعة (أو النظائر المشعة) هي نويدة تحتوي على أعداد زائدة من النيوترونات أو البروتونات، مما يمنحها طاقة نووية زائدة، ويجعلها غير مستقرة. يمكن استخدام هذه الطاقة الزائدة بإحدى الطرق الثلاث: تنبعث من النواة على شكل إشعاع غاما؛ أو يتم نقلها إلى الإلكترون لإطلاقها كإلكترون تحويل؛ أو تستخدم لتكوين وإصدار جسيم جديد (جسيم ألفا أو جسيم بيتا) من النواة. خلال تلك العمليات، يقال أن النويدة المشعة تخضع للتحلل الإشعاعي.[1] وتعتبر هذه الانبعاثات إشعاعات مؤينة لأنها تتمتع بالطاقة الكافية لتحرير إلكترون من ذرة أخرى. يمكن أن ينتج عن الاضمحلال الإشعاعي نويدات مستقرة أو قد ينتج في بعض الأحيان نويدات مشعة جديدة غير مستقرة والتي قد تتعرض لمزيد من الاضمحلال. الاضمحلال الإشعاعي هو عملية عشوائية على مستوى الذرات المفردة: مما يجعل من المستحيل التنبؤ بموعد اضمحلال ذرة معينة.[2][3][4][5] ومع ذلك، بالنسبة لمجموعة من الذرات لنويدة واحدة، يمكن حساب معدل الاضمحلال، وبالتاليعمر النصف (t1/2) لتلك المجموعة، من ثوابت الاضمحلال المقاسة. نطاق فترات التنصيف للذرات المشعة ليس له حدود معروفة ويمتد لنطاق زمني يزيد عن 55 مرة.
توصفالنويداتبالعدد الذريZ (عدد البروتونات) وكتلته الذرية (عدد البروتونات والنيوترونات)A :
- نوكليد (A) =بروتونات (Z) +نيوترونات (N)
أي أن :
- A =Z +N.
ويكتب رمز النوكليد (نواة الذرة لعنصر) X كالآتي:
, وعلى سبيل المثال :
هذه هي نواة ذرة الكوبلت-60 أو بطريقة أسهل :
- 60Co أوCo-60.
وكل نظير مشع يتميزبنشاط إشعاعي وعمر النصف، ونوع الأشعة التي يصدرها من خلال نشاطه الإشعاعي، وطاقة كل إشعاع من تلك الأشعة.
تنتمي جميع النظائر ذات عدد ذري واحد (منها المشع ومنها غير المشع) إلى نفسالعنصر الكيميائي، وتسمىنظائر العنصر.
فمثلًا: تكوّنالفسفور-3131P والفسفور-32 (32P) والفسفور-33 (33P) نظائر عنصر الفسفور، تختلف كتلتها الذرية A ولكنها خصائصها الكيميائية متماثلة.
تتواجد النظائر المشعة في ثلاث مجموعات:
يمكن تحضير النظائر صناعيا بواسطة التفاعلات النووية لاستخدامها فيالطب والصناعة والمراكز العلمية. يجري ذلك فيمعجلات الجسيمات أو في مولدات النظائر المشعة فيمفاعل نووي صغير. وتتمثل مخاطر النظائر المشعة فيتلويث البيئة إشعاعيا إذا ما تسربت بشكل أو بآخر إلى الجو المحيط وقد تؤدي إلىمتلازمة الإشعاع الحادة. تخضع استخدامات النظائر المشعة في مختلف الحقول إلى المتابعة والرقابة القانونية حتى لا تتسرب ولا يلحق بالناس أضرار، وتوجد لذلك قوانين دولية تتبعها كل الدول وتضعها من ضمن قوانينها المدنية (أنظرقوانين الوقاية من الإشعاع).
تتحلل أنوية النظائر المشعة بإشعاع جسيمات أو إشعاع كهرومغناطيسي. الجسيمات قد تكونجسيم ألفا أوجسيم بيتا (إلكترون) عن طريقتحلل ألفا وتحلل بيتا. والتحلل بإصدار أشعة كهرومغناطيسية يكون إما بإشعاعأشعة سينية أو أشعة أشد منها وهيأشعة غاما. التحلل بواسطةتحلل بيتا يكون مصاحبا في العادة لأشعة غاما.
عملية التحلل الإشعاعي تتم بسرعة معينة تخص كل نظير، وتسمىعمر النصف (T½) : يبقى نصف عدد الذرات التي لم تتحلل بعد عمر النصف . وبعد عمري نصف يتبقى (1/4) عدد الذرات التي لم تتحلل، وبعد مرور ثلاثة نصف عمر يتبقى 1/8 من عدد الذرات الأصلية لم تتحلل، وهكذا.
عمر النصف لبعض النظائر المشعة المستخدمة في الطب| النظير | عمر النصف |
|---|
| أكسجين-15 | 2 min |
| كربون-11 | 20 min |
| فلور-18 | 110 min |
| تكنسيوم-99m | 6 h |
| يود-123 | 13 h |
| يود-124 | 4 d |
| يود-131 | 8 d |
| إنديوم-111[6] | 2,80 d |
| انديوم-113m[6] | 99,49 min |
| فوسفور-32 | 14,26 d |
| كوبالت-60 | 5,27 a |
| كروم-51 | 28 d |
| نحاس-64 | 0,5 d |
| زئبق-197 | 2,7 d |
| زيلين-75 | 127 d |
لا تختلف النظائر المشعة سواء كانت طبيعية أم اصطناعية. ومن الوجهة العامة فيمكن تخليق جميع أنواع النظائر بالطرق الصناعية النووية. ومنذ بداية عصر استخدامات الطاقة النووية زادت أعداد النظائر المشعة. فزادت مثلا كمياتكربون-14 (14C)و نظيرالهيدروجين الثقيل (3H) ويسمىتريتيوم ، كما نشأت نظائرالبلوتونيوم وهو لا يوجد في الطبيعة طبيعيا وإنما يصنع فيالمفلاعلات النووية.
الاستعمالات والاستخدامات
[عدل]و تستعملالنظائر المشعة في مجالات عديدة منها :
- اقتفاء سير التفاعلات الكيميائية ودراسة تحركها.
- فيالكيمياء الحيوية لتقدير مدى استفادة الأحياء من غذاء معين وذلك بإعطائه غذاء يحتوي عنصر مشع ويقتفى أثر العنصر المشع بكاشف للإشعاع حتى وصوله إلى غايته وبذلك يقدر مدى استفادة جسم الكائن من الغذاء.
- فيالطب مثلعلاج إشعاعي وعلاج باليود المشع ومعالجة الأورام السرطانية وذلك من خلال إعطاء المريض مادة مشعة تقضي على الورم.
- في تقدير عمر الأشياء القديمة فقد قدر عمرالأرض من معرفة معدل الإشعاع في الاورانيوم والرصاص. كما قدرت أعمار الأمم البائدة وذلك من الإشعاع الناتج منالكربون-14 المتبقي على قطعة خشب أو قماش من تلك العهود.
الاستخدام في الزراعة والأغذية
[عدل]تستخدم الإشعاعات المؤينة والنظائر المشعة في وقتنا الحالي استخداماً واسعاً وفي عدة مجالات زراعية بغرض زيادة الدخل الزراعي، وفي عمليات حفظ المحاصيل الزراعية.
ومن أهم مجالات استخدام الإشعاعات المؤينة في الزراعة ما يلي :
- زيادة إنتاجية الأرض.
- استنباط أنواع جديدة من المحاصيل الغذائية ذات نسبة عالية من البروتين.
- تحديد أماكن مصادر المياه واستخداماتها بكفاءة عالية.
- إنتاج محاصيل ذات مقاومة عالية للأمراض وللتقلبات الجوية.
- تحديد كيفية امتصاص النباتات للأسمدة والكيماويات المخصبة.
- تعقيم البذور.
