النشاط الإشعاعي هو ظاهرة طبيعية حيث تتحلل النوى الذرية غير المستقرة تلقائيًا، وينبعث منها إشعاع في هذه العملية. تلعب هذه العملية دورًا حاسمًا في مختلف المجالات، بما في ذلك الإشعاع والكيمياء والفيزياء، حيث تؤثر على كل شيء بدءًا من توليد الطاقة النووية وحتى العلاجات الطبية والدراسات البيئية.
في قلب النشاط الإشعاعي تقع النواة الذرية. تتكون الذرات من بروتونات ونيوترونات في نواتها، وتحيط بها إلكترونات في مدارات. عندما يكون التوازن بين البروتونات والنيوترونات غير مستقر، تسعى الذرة إلى الاستقرار من خلال الاضمحلال الإشعاعي.
هناك ثلاثة أنواع رئيسية من الاضمحلال الإشعاعي:
النشاط الإشعاعي له آثار كبيرة في كل من الكيمياء والفيزياء. في الكيمياء، تُستخدم النظائر المشعة كمتتبعات لدراسة آليات التفاعلات الكيميائية وحركة المواد داخل الأنظمة. في الفيزياء، يعد فهم النشاط الإشعاعي أمرًا ضروريًا لدراسة التفاعلات النووية، والتي تشكل الأساس لتقنيات الطاقة النووية والتصوير الطبي.
يتم قياس معدل اضمحلال المادة المشعة من خلال نصف عمرها، وهو الوقت اللازم لنصف الذرات المشعة في العينة للتحلل. يتم التعبير عن التعبير الرياضي لاضمحلال مادة مشعة بالصيغة التالية:
\(N(t) = N_0 \cdot e^{-\lambda t}\)أين:
في حين أن للنشاط الإشعاعي تطبيقات مفيدة، فإنه يشكل أيضًا مخاطر محتملة على صحة الإنسان والبيئة. يمكن أن يؤدي التعرض للإشعاع المفرط إلى إتلاف الأنسجة الحية، مما يؤدي إلى الإصابة بالسرطان ومشاكل صحية أخرى. يمكن أن يكون للتلوث البيئي الناتج عن المواد المشعة آثار طويلة الأمد على النظم البيئية. ولذلك، يجب أن يتم التعامل مع المواد المشعة والتخلص منها بحذر شديد.
كاشفات الدخان : تستخدم العديد من كاشفات الدخان الأمريسيوم-241، وهو باعث ألفا، للكشف عن الدخان. تعمل جسيمات ألفا على تأين جزيئات الهواء، مما يؤدي إلى إنشاء تيار. يقاطع الدخان هذا التيار، مما يؤدي إلى إطلاق الإنذار.
التأريخ بالكربون : يستخدم التأريخ بالكربون المشع اضمحلال بيتا للكربون 14 لتحديد عمر المواد العضوية. تمتص الكائنات الحية الكربون 14 خلال حياتها. وبعد الموت، يضمحل الكربون-14، ويتناقص تركيزه بمعدل معروف. ومن خلال قياس الكربون 14 المتبقي، يستطيع العلماء تقدير عمر العينة الأثرية.
العلاجات الطبية : يستخدم العلاج الإشعاعي للسرطان أشعة جاما أو الإلكترونات لاستهداف الخلايا السرطانية وتدميرها، مما يقلل من الضرر الذي يلحق بالأنسجة السليمة المحيطة. يتم علاج اضطرابات الغدة الدرقية باستخدام اليود 131، وهو باعث بيتا وغاما، والذي تمتصه الغدة الدرقية.
لتصور النشاط الإشعاعي، يمكن استخدام غرفة السحابة. إنها بيئة مغلقة ومشبعة للغاية ببخار الكحول. عندما تمر الجسيمات المشحونة (جسيمات ألفا وبيتا) عبر الغرفة، فإنها تؤدي إلى تأين البخار، مما يترك أثراً من التكثيف. تخلق جسيمات ألفا مسارات سميكة وقصيرة، بينما تخلق جسيمات بيتا مسارات أطول وأرق. لا تترك أشعة جاما، كونها غير مشحونة، آثارًا مرئية، ولكنها يمكن أن تسبب آثارًا بشكل غير مباشر من خلال التأين الثانوي.
تعد أقراص ساعات الراديوم وزجاج اليورانيوم من الأمثلة التاريخية على العناصر المشعة المستخدمة يوميًا. تحت ضوء الأشعة فوق البنفسجية، يتألق زجاج اليورانيوم بسبب وجود اليورانيوم، مما يوضح التفاعل بين المواد المشعة والضوء.
تستمر الأبحاث في مجال النشاط الإشعاعي في التطور، حيث يستكشف العلماء طرقًا أكثر أمانًا وفعالية لتسخير الطاقة النووية، وتطوير علاجات طبية جديدة، وتقليل التأثير البيئي للمواد المشعة. إن التقدم في مجال الاندماج النووي، وهي العملية التي تزود الشمس بالطاقة، يمكن أن يوفر مصدرًا لا حدود له تقريبًا للطاقة النظيفة. يظل فهم النشاط الإشعاعي والتحكم فيه مجالًا رئيسيًا للدراسة في كل من الفيزياء النظرية والتطبيقية والكيمياء.
