2 مشترك

النظائر المشعة

Dr.MaLeK: المدير العام; المزاج :
عدد المشاركات : 9702
العمر : 35
السنة : خامسة
المزاج : مبسوط بطلتكم الحلوة

مساهمة رقم 1

النظائر المشعة

من طرف Dr.MaLeK الخميس يونيو 02, 2011 9:29 am

العناصر المشعة

يُعدُّ النشاط الإشعاعي الصنعي artificial radioactivity بداية ما يسمى العناصر المشعة radioelements أو ما يسمى كذلكالنظائر المشعة radioisotopes. فقد لاحظ إنريكو فيرمي[ر] Enrico Fermi أن في إمكان تدفّق من النترونات[ر] neutrons أن يجعل بعض العناصر مشعة، إذ إن العناصر المشعة إشعاعاً طبيعياً هي العناصر الثقيلة التي تصدر بتفككها غالباً جسيمات ألفا α.

تقانة إنتاج العناصر المشعة

يمكن توليد العناصر المشعة عن طريق قذف نوى ذرات العناصر بسيل من النترونات في مفاعل نووي، أو من نواتج عمليات الانشطار، أو باستخدام مولدات العناصر المشعة وستعرض هذه الطرائق الثلاث فيما يأتي:

ـ التوليد بالنترونات

إن أهم التفاعلات في هذا الصدد هي التفاعلات (n, γ) و(n, α) و(n,p) التي تعطي بنتيجتها إشعاعات غاما (γ) أو جسيمات ألفا (α) أو بروتونات (p) على التوالي.

يعد التفاعل (n, γ) أكثر أنواع التفاعلات استخداماً والأكثر احتمالاً للحدوث، وذلك لإمكانية إحداثه باستخدام نترونات بطيئة أي حرارية thermal neutrons، وهي نترونات يكثر وجودها في محيط المفاعلات حيث تعتبر من نواتج التشعيع. ومن العناصر المشعة التي تنتج بهذه الطريقة الكوبالت ^m60Co والذهب ⁿ¹⁹⁸Au وذلك وفقاً للتفاعلين:

ⁿ⁵⁹Co (n,gγ) ⁶⁰Co; ¹⁹⁷Au (n, α)¹⁹⁸Au

الشكل (1): مولّد نظائر مشعة

يتطلب التفاعلان (n, α) و(n,p) نترونات ذات طاقة عالية. ويكثر مثل هذه النترونات في مراكز المفاعلات، ومن أمثلته اصطناع الفسفور ⁿ³²P من الكبريت ⁿ³²S وذلك وفقاً للتفاعل: ⁿ³²S (n,p) ³²P وهو تفاعل يتطلب حدوثه نترونات تفوق طاقتها (n1MeV) غير أنه تحدث أحياناً تفاعلات من هذا النوع باستخدام نترونات حرارية، ومن أمثلة هذه التفاعلات توليد التريتيوم ⁿ³H والكربون ⁿ¹⁴C وذلك وفقاً للتفاعلين: ⁿ¹⁴N (n,p) ¹⁴C وⁿ⁶Li (n, α) ³H.

ـ التوليد من نواتج الانشطار

يُحصل على العناصر المشعة هنا نتيجة المعالجات الكيمياوية للبلوتونيوم في معامل خاصة، وهكذا يستحصل على السترونسيوم ⁿ⁹⁰Sr (ودوره أو عمر النصف العائد له 28 عاماً) وعلى السيزيوم ⁿ¹³⁷Cs (ودوره ثلاثون عاماً).

ـ باستخدام المولدات

كثيراً ما يحتاج الأطباء إلى عناصر مشعة ذات دور قصير نسبياً، وهم يستخدمون لهذه الغاية مولدات للنظائر المشعة radioelements generators.

يتألف مولِّد العناصر المشعة من نكليد أم mother nuclide دوره طويل نسبياً محمول على حامل يسمح بفضل بنيته الكيمياوية استخلاص نكليد بنت ذات دور قصير بسرعة وسهولة، وذلك نتيجة تفكك النكليد الأم، كما يمكن بتكرار الاستحصال الحصول على كمية كبيرة ذات نشاط إشعاعي عال . فمثلاً يمكن الحصول من ميلي كوري واحد (n1m Ci) منالجرمانيوم ⁿ⁶⁸Ge خلال ثلاثة أدوار للنكليد على 860 ميلي كوري من الغاليوم ⁿ⁶⁸Ga وذلك بتكرار الاستحصال لمدة عشر ساعات.

ويبين الجدول (1) عدداً من مولدات العناصر المشعة المعروفة تجارياً، في حين يبين الشكل (1) بنية مولِّد عناصر مشعة من هذا القبيل.

النكليد الأم

النكليد البنت

الاسم

الرمز

الدور

نوع الإشعاع الصادر وطاقته Me V

الاسم

الرمز

الدور

نوع الإشعاع الصادر وطاقته Me V

أسر K

تحول آيزومتري

السسزيوم

n¹³⁷Cs

30عاماً

n0.5, 1.2

الباريوم

n¹³⁷Ba^m(1)n

2.55دقيقة

نعم

n0.66

إتريوم

n⁸⁷Y

80عاماً

n0.48

n0.7

السترونسيوم

ⁿ⁸⁹Sr^m

2.8ساعة

نعم

n0.39

جرمانيوم

n⁶⁸Ge

275يوماً

نعم

الغاليوم

n⁶⁸Ga

68.3دقيقة

n1.08, 0.08

n1.9

اقصدير

n¹¹³Sn

115يوماً

نعم

n0.26

الإنديوم

n¹¹³In

1.66ساعة

نعم

n0.39

موليدن

n⁹⁹Mo

66.7ساعة

n0.74, 0.18

n1.2

التكنسيوم

n⁹⁹Tc

6ساعة

نعم

n0.14

التلّور

n¹³⁷Te

78ساعة

n0.23, 0.50

n0.2

اليود

n¹³⁷I

2.4ساعة

n0.77, 0.67

n2.1

الجدول (1) مولدات عناص رمشعة تجارية

تصنيف العناصر المشعة

تصنف العناصر المشعة وفق ثلاثة أصناف وذلك بحسب سمِّيتها الإشعاعية ومن أهمها:

ـ الفئة I: درجة سمّيتها الإشعاعية عالية جداً و من أمثلتها: ⁿ²²⁶Ra, ²⁴¹Am

ـ الفئة II-A: درجة سمّيتها الإشعاعية عالية ومن أمثلتها:

ⁿ¹⁷⁰Tm,²⁰⁴ T1, ⁹⁰Sr, ¹⁹²Ir ,¹³¹I, ¹³⁷Cs, ⁶⁰Co

ـ الفئة II-B: درجة سميتها الإشعاعية معتدلة ومن أمثلتها:

ⁿ¹⁷¹Tm, ³⁵S, ¹⁴⁷Pm, ³²P

ـ الفئة III: وهي ذات سمية إشعاعية ضعيفة ومن أمثلتها:

ⁿ²³⁸U, ²³⁵U, ⁸⁵Kr

ولتجنب التلوث تزوَّد المنابع المشعة في حاويات مغلقة تتحمل درجات حرارة مرتفعة تصل إلى 1000 ْس مدة 200 ساعة، كما تتحمل ضغطاً يصل إلى 700 بار وثقلاً يصل إلى 10000 نيوتن.

ويقدر النشاط الإشعاعي لعنصر مشع بالكوري و رمزه Ci أو ما يقابله بالكتلة.

إذ يعادل (n1Ci) من الـ ⁿ²²⁶Ra غراماً واحداً.

ويعادل (n1Ci) من الـ ⁿ⁹⁰Sr م4.6 مليغرام.

ويعادل (n1Ci) من الـⁿ³²P م5.3ميكروغرام.

وبصورة عامة تعطى الكتلة m لعنصر مشع، دوره T مقدراً بالأعوام بدلالة العدد الكتلي A بالعلاقة:

النظائر المشعة 6447-1

يشار هنا إلى أن الخطر الذي يرافق استخدام العناصر المشعة تابع لدوره ولطاقه الإشعاعات الصادرة عنه. فالكوبالتⁿ⁶⁰Co على سبيل المثال دوره (5.3 عاماً) ويصدر إشعاعات طاقتها تساوي n0.3MeV ونوعين من إشعاعات طاقتاهماn1.33MeV وn1.17MeV.

أهمية العناصر المشعة واستخداماتها

تستخدم الصناعة العناصر المشعة لأغراض عدة، ولهذه العناصر تطبيقات في ميادين الطب والزراعة وفي تقدير أعمار الآثار. وبالإمكان استخدامها لإجراء قياسات هندسية وميكانيكية. وقد استخدمت العناصر المشعة كمقتفيات لسير التفاعلات الكيمياوية؛ إذ يمكن استخدامها للكشف عن تطور تفاعل كيمياوي أو تحوّل فيزيائي والكشف عن آليته. وتُعرض فيما يلي هذه الاستخدامات وفق القطَّاع الذي تستخدم فيه:

التطبيقات الصناعية

من هذه التطبيقات قياس السماكات، وقياس سويات السوائل، واستخدام أشعة غاما لأغراض التصوير، وتمثل هذه التطبيقات ما يقارب 75% من التطبيقات الصناعية، وفيما يأتي تفصيل ذلك:

الشكل (2) قياس السماكات

ـ قياس السماكات: تستخدم هنا طريقتان؛ مباشرة وغير مباشرة. ففي الطريقة المباشرة يستخدم منبع S تصدر عنه إشعاعات ما، ويوضع أمامه كاشف D. فإذا سجل الكاشف قراءةI₀، ثم وُضِع بينهما حاجز سميك، فإن بعض الإشعاعات يتم امتصاصه ضمن الحاجز، ويسجل الكاشف قراءة I أخفض منI₀. إن الفرق I - I₀ يسمح بقياس سماكة الحاجز بين المنبع Sوالكاشف D. أما الطريقة غير المباشرة فيوضع فيها المنبع والكاشف في جهة واحدة كما في الشكل (2) أمام الحاجز، ويقيس الكاشف عندها الإشعاعات المرتدة.

يشار هنا إلى أن إشعاعات γ هي أكثر الإشعاعات نفوذاً في المادة. ولذا فهي تستخدم لقياس السماكات الكبيرة التي تقدر في مجال الفيزياء النووية بواحدة الكتلةلوحدة المساحة أي kg/m²وهي تمثل جداء كثافة المادة بسماكتها. وإذا قدرت السماكة بالسنتمتر والكثافة بالغرام على السنتمتر المكعب فإن الكثافة السطحية تكون بواحدة g/cm2. ويمكن باستخدام الكوبلت ⁿ⁶⁰Co أو السيزيوم ⁿ¹³⁷Cs أوالتاليوم ⁿ¹⁷⁰Tm قياس سماكات من الفولاذ تصل إلى n6cm بتقريب جيد. ويأخذ الكاشف عندها شكل عداد وميض يتصل بمضاعف ضوئي photomultiplier، كما يمكن باستخدام جهاز قياس مناسب تحرّي التآكل داخل الأنابيب حتى أثناء عملها.

إن المقاييس التي تستخدم إشعاعات β كثيرة التنوع وهي تفوق عدداً الكواشف المستخدمة لإشعاعات γ. وهنا يتم عادة استخدام مواد مشعة ذات دور طويل تجنباً للأخطاء. ومن الاستخدامات الصناعية في هذا المجال قياس سماكة الورق والمواد البلاستيكية والمعادن الرقيقة. ولا تقتصر أهمية العدادات هنا على قياس السماكات وإنما تتعداها إلى أمور التحكُّم. يضم النظام في هذه الحالة إضافة إلى المنبع حجرة تأين يتصل بها مقياس كهربية ومضخم ومقياس ميكرو أمبير يستخدم كمؤشر للسماكة. وتستخدم طريقة الانتثار المرتد لإشعاعات لقياس سماكة الدهان أو الأغشية الرقيقة المرسَّبة على السطوح المعدنية.

أما إشعاعات α فهي أقل الإشعاعات نفوذاً في المادة ، ولذا فهي تستخدم لقياس سماكات من رتبة n5mg/cm² كالورق الرقيق جداً. وغالباً ما يستخدم هنا منبع الراديوم. أما العداد المناسب لمثل هذه الأغراض فهو عداد غايغر ـ مولر Geiger-Müller أو عداد الوميض.

يبين الجدول (2) أشهر المنابع المستخدمة لقياس السماكات من النوعين γ أو β.

المنابع γ الرئيسية المستخدمة لقياس السماكات	المنبع	الدور	طاقة الإشعاع الوسطية MeV
	الكوبالت n⁶⁰Co	5.3عاماً	n1.33-1.17
	السيزيوم n¹³⁷Cs	30عاماً	n0.66
	الثاليوم n170Tm	127يوماً	n0.08

المنابع β الرئيسية المستخدمة لقياس السماكات	المنبع	الدور	الطاقة العظمى MeV
	الثاليوم n²⁰⁴TI	2.7عاماً	n0.77
	الكريبتون ⁿ⁸⁵Kr	10.6عاماً	n0.66
	السترزنسيوم n⁹⁰Sr	28عاماً	n0.54
	البروميثيوم n¹⁴⁷Pr	26عاماً	n0.22
الجدول (2) المنابع الرئيسي المستخدمة لقياس السماكات

ـ قياس مستويات السوائل: يمكن استخدام عنصر مشع يصدر إشعاعات γ مثلاً لقياس سوية السائل في وعاء محكم الإغلاق كتيم، وهنا يمكن اللجوء إلى عدة طرق هي:

(أ) تَحمل عوَّامةٌ المنبعَ داخل الوعاء، ويعلو الكاشف بدوره العوامة ويعاير الجهاز بحيث يقابل كل تسجيل للكاشف ارتفاعاً للسائل في الوعاء.

(ب) يمكن كذلك وضع المنبع في قعر الوعاء وقياس الإشعاع الذي يصل إلى الكاشف لدى اجتيازه سماكة السائل والهواء فوقه، وبرسم منحني معايرة يمكن استنتاج ارتفاع السائل في الوعاء.

(ج) يمكن وضع منبع إشعاعات γ والكاشف جنباً إلى جنب وبالتالي قياس ارتفاع السائل في الوعاء عن طريقالإشعاعات المرتدة عن سطحه.

ـ التصوير بإشعاعات غاما

تعدُّ طريقة التصوير بإشعاعات غاما سهلة واقتصادية، إلا أنه ينبغي تطبيق تعليمات وقاية صارمة من خطرالإشعاعات عند مزاولة عملية التصوير. ويتضمن الجدول (3) عدداً من العناصر المشعة المستخدمة لأغراض التصوير الشعاعي.

المنبع	طاقة الإشعاع الوسطية MeV	الدور	مجال الاستخدام (السماكة بالسنتمتر)	الجرعة لكل كوري على بعد متر بواحدة (R/h)
الكوبالت 60 n⁶⁰Co	n1.33-1.17	5.3عاماً	5 حتى 12 (فولاذ)	n1.35
السيزيوم 137 n¹³⁷Cs	n0.66	30عاماً	2حتى 7 (فولاذ)	n0.35
الإيريديوم 192 ⁿ¹⁹²Ir	n0.3-0.6	74عاماً	0.5 حتى 4 (فولاذ)	n0.5
الثاليوم n¹⁷⁰Tm	n0.08	127يوماً	0حتى 6 (ألمنيوم)	n0.04
الجدول (3): العناصر المشعة بإصدار γ المستخدمة لأغراض التصوير الشعاعي

استخدام العناصر المشعة مقتفيات

تستخدم هنا لأغراض التعدين عناصر مشعة مثل الكربون ⁿ¹⁴C والكبريت ⁿ³²S والكلور ⁿ³⁶Cl والحديد ⁿ⁵⁵Fe والحديد ⁿ⁵⁹Fe. وهكذا يدرس اهتراء السِّوار الحابس segments للزيت في المكابس والدواليب والجدران الاستنادية في الأفران باستخدامالكوبلت ⁿ⁶⁰Co، كما يدرس تسرب السوائل في الأقنية باستخدام الصوديوم ⁿ²⁴Na والبروم ⁿ⁸²Br واليود ⁿ¹³¹I. وفي مجال الصناعات النفطية تستخدم ذات العناصر المشعة للتعرف على نوعية المواد المارة في الأنابيب. أما دراسات التهوية فتستخدم الأرغون ⁿ¹⁴¹A والزينون ⁿ¹³⁵Xe.

التطبيقات الطبية للعناصر المشعة

تستخدم العناصر المشعة في الطب النووي nuclear medicine في جميع أنحاء العالم. وتُستخدم إشعاعات بيتا و/أو غاما في نحو مئة عنصر مشع في تشخيص وعلاج أمراض كثيرة. وقد اكتشف عدد كبير من هذه العناصر منذ الربع الثاني من القرن العشرين، وكان أهمها اليود ⁿ¹³¹I (1938) والكوبلتⁿ⁶⁰Co (1937) والتكنسيوم ⁿ⁹⁹mTc (1938) والسيزيوم ⁿ¹³⁷Cs (1941)، وتلا ذلك اكتشاف عناصر كثيرة أخرى.

يستعمل اليود ⁿ¹³¹I، ونصف عمره 8 أيام، في تشخيص ومعالجة بعض أمراض الغدد الدرقية بنجاح كبير، وقد يُغني ذلك في بعض الحالات عن التدخل الجراحي. ويحتل التكنسيوم ⁿ⁹⁹mTc، ونصف عمره 6 ساعات، المكانة الأولى في الطب النووي. فمثلاً يُقدر أنه يستعمل في أكثر من 10 ملايين حالة تشخيصية في الولايات المتحدة الأمريكية كل عام. ويُستخدم في دراسات الدماغ والعظام والكبد والطحال والكلية والرئة والغدة الدرقية وغيرها.

تستعمل أشعة غاما التي يطلقها الكوبلت ⁿ⁶⁰Co لقتل الخلايا السرطانية، وقد تبين أن السيزيوم ⁿ¹³⁷Cs يمتلك تطبيقات مهمة في الطب النووي كمصدر لأشعة غاما، وهي مماثلة في استخداماتها لتلك الخاصة بالكوبلت ⁿ⁶⁰Co. وقد اكتسبت معالجة السرطان بحُزم من الأيونات المنتجة من أجهزة خاصة تدعى المسرِّعات الخطِّية linear accelerators انتشاراً واسعاً في العقد الماضي. وعلى عكس أشعة غاما التي توزع طاقتها على كل من الخلايا السليمة والخلايا السرطانية، فإن معظم طاقة الجزيئات ستتركز في الخلايا السرطانية، وليس في الأنسجة السليمة المحيطة بالأورام.

تُستخدم العناصر المشعة أيضاً في تقدير نسبة الهرمونات (هرمون النمو والهرمون المنشط للغدة الدرقية والهرمونان المنشطان للجنس gonadotrophins وهرمونات الدرقية والهرمونات الجنسية وغيرها) في الدم. كما تستخدم في حالات المسح الإشعاعي لأعضاء كثيرة في جسم الإنسان، فمثلاً يستخدم المسح الشعاعي للكبد liver scan لتحديد حجمه وشكله وموضعه، وتحديد أورام البطن ومعرفة ما إذا كانت في الكبد أو خارجه، واكتشاف نوع وسبب تضخم الكبد مثل حالات خراجات الكبد وأورامه وأكياسه أو أي تجمع دموي فيه، وتحديد مكان أي ورم فيه، والمقارنة بين حالته قبل العلاج وبعده، وكذلك معرفة وتحديد أمراض الكبد المزمنة مثل تليّف الكبد والتهابه.

وتستخدم العناصر المشعة في علاج بعض الأورام الخبيثة ومن أمثلتها ما يأتي:

ـ الكوبلت وهو من العناصر المشعة المستخدمة منذ وقت بعيد في علاج بعض الأورام السرطانية مثل سرطان الحنجرة وسرطان المثانة البولية وسرطان المخ والعظام وسرطان الرحم.

ـ السيزيوم المش الذي يستخدم في علاج سرطان الثدي ومرض هودجكن.

ـ الراديوم المشع ويستخدم على هيئة بذور أو إبر تزرع في مكان المرض في حالات مثل سرطان اللثة وسرطان عنق الرحم.

ـ الذهب المشع ويستخدم في حالات سرطان وأورام الغدة النخامية.

ـ اليود المشع وهو نظير مشع يستعمل بكثرة في تشخيص أمراض الغدة الدرقية وأيضاً في علاج بعض منها.

ومن جهة أخرى تستخدم بعض العناصر المشعة لتخفيف الآلام، فمثلاً يستخدم السترونسيوم ⁿ⁸⁹Sr لتخفيف آلام العظام الناجمة عن السرطان.

النظائر المشعة

النظائر المشعة

رد: النظائر المشعة

مواضيع مماثلة

مواضيع مماثلة