النشاط الإشعاعي هو عملية عفوية تفقد فيها النوى الذرية غير المستقرة الطاقة عن طريق انبعاث الإشعاع. اكتشفه هنري بيكريل في عام 1896، وكان مفهومًا أساسيًا في الفيزياء والكيمياء، مما أدى إلى مجموعة متنوعة من التطبيقات في الطب وإنتاج الطاقة والبحث العلمي. ينجم النشاط الإشعاعي عن عدم الاستقرار داخل نواة الذرة، حيث أن القوى التي تربط النواة ببعضها ليست قوية بما يكفي لإبقائها في شكلها الحالي. يؤدي عدم الاستقرار هذا إلى انبعاث الإشعاع حيث تسعى النواة إلى حالة أكثر استقرارًا.
هناك ثلاثة أنواع أساسية من النشاط الإشعاعي، ويتم تمييزها حسب نوع الإشعاع المنبعث: إشعاع ألفا ( \(\alpha\) ) وبيتا ( \(\beta\) ) وإشعاع غاما ( \(\gamma\) ) . ولكل نوع خصائص وتأثيرات فريدة على المادة.
يتكون إشعاع ألفا من جسيمات مكونة من بروتونين ونيوترونين، مما يجعلها نواة الهيليوم. وبما أن جسيمات ألفا ثقيلة نسبيا وتحمل شحنة موجبة، فإن مداها قصير ويمكن إيقافها بورقة من الورق أو الطبقة الخارجية من جلد الإنسان. ومع ذلك، في حالة تناولها أو استنشاقها، يمكن أن تسبب جسيمات ألفا ضررًا كبيرًا للأنسجة البيولوجية بسبب قوتها المؤينة العالية.
\(\textrm{مثال:}\) اضمحلال اليورانيوم-238 ( \(^{238}U\) ) إلى الثوريوم-234 ( \(^{234}Th\) ). \( ^{238}U \rightarrow ^{234}Th + \alpha \)
يمكن أن ينبعث إشعاع بيتا إما على شكل إلكترونات ( \(\beta^-\) ) أو بوزيترونات ( \(\beta^+\) )، وهي الجسيمات المضادة للإلكترونات. \(\beta^-\) يحدث الإشعاع عندما يتحول النيوترون الموجود في النواة إلى بروتون وإلكترون، مع انبعاث الإلكترون. في المقابل، يتم إنتاج الإشعاع \(\beta^+\) عندما يتحول البروتون إلى نيوترون وبوزيترون. جسيمات بيتا أخف من جسيمات ألفا وتحمل إما شحنة موجبة ( \(\beta^+\) ) أو سالبة ( \(\beta^-\) ) . وهي أكثر اختراقًا من جسيمات ألفا ولكن يمكن عادةً حجبها ببضعة ملليمترات من الألومنيوم.
\(\textrm{مثال على اضمحلال بيتا ناقص:}\) اضمحلال الكربون-14 ( \(^{14}C\) ) إلى النيتروجين-14 ( \(^{14}N\) ). \( ^{14}C \rightarrow ^{14}N + \beta^- + \bar{\nu}_e \) \(\textrm{مثال على اضمحلال بيتا بلس:}\) الكربون-11 ( \(^{11}C\) ) يتحلل إلى بورون-11 ( \(^{11}B\) ). \( ^{11}C \rightarrow ^{11}B + \beta^+ + \nu_e \)
يتكون إشعاع جاما من الفوتونات، وهي جسيمات ضوئية عديمة الكتلة. وغالبًا ما يصاحب اضمحلال ألفا وبيتا، المنبعث عندما تنتقل النواة من حالة طاقة أعلى إلى حالة أقل. تتميز أشعة جاما بأنها شديدة الاختراق، وتتطلب مواد كثيفة مثل الرصاص أو عدة سنتيمترات من الخرسانة لتقليل كثافتها بشكل كبير. على الرغم من عدم وجود أي شحنة، إلا أن أشعة جاما يمكن أن تسبب أضرارًا جسيمة للخلايا والأنسجة الحية بسبب طاقتها العالية وقدرتها على الاختراق العميق.
\(\textrm{مثال:}\) انتقال الكوبالت-60 ( \(^{60}Co\) ) إلى حالة طاقة أقل، مما يؤدي إلى انبعاث إشعاع غاما. \( ^{60}Co^* \rightarrow ^{60}Co + \gamma \)
على الرغم من أن النشاط الإشعاعي يمكن أن يشكل مخاطر كبيرة على الكائنات البيولوجية بسبب الإشعاع المؤين، إلا أن له أيضًا العديد من التطبيقات المفيدة. وفي الطب، تُستخدم النظائر المشعة في التصوير التشخيصي وعلاج السرطان. وتشمل التطبيقات الصناعية اختبار المواد، وتوليد الطاقة في المفاعلات النووية، وكتتبع في البحوث البيولوجية والكيميائية. إن فهم الأنواع المختلفة من النشاط الإشعاعي وتفاعلاتها مع المادة أمر بالغ الأهمية لتسخير إمكاناتها بأمان.
يتضمن اكتشاف وقياس النشاط الإشعاعي أدوات مختلفة، مثل عدادات جيجر-مولر، وعدادات التلألؤ، وغرف التأين. تكتشف هذه الأجهزة الإشعاعات المؤينة المنبعثة أثناء الاضمحلال الإشعاعي، مما يسمح للعلماء بدراسة خصائص النظائر المختلفة وأنماط اضمحلالها.
يعد النشاط الإشعاعي بأشكاله ألفا وبيتا وجاما ظاهرة أساسية في العالم الطبيعي. في حين أنه يشكل مخاطر بسبب آثاره المؤينة على الأنسجة البيولوجية، فقد أدى فهم النشاط الإشعاعي والتحكم فيه إلى تقدم كبير في الطب والطاقة والعلوم. إن دراسة النشاط الإشعاعي لا تساعد فقط على فهم العالم الذري ودون الذري ولكنها توفر أيضًا أدوات لتحسين صحة الإنسان والقدرات التكنولوجية للمجتمع.
