أنواع النظائر المشعة: فهم أساسي ومفصل

أنواع النظائر المشعة

تُعَرَّف النظائر المشعة، أو ما يعرف أيضاً بالنظائر غير المستقرة، بأنها ذرات تمتلك تركيباً غير مستقر في نواتها، حيث تحتوي على مزيج غير متوازن من النيوترونات والبروتونات أو طاقة زائدة. يحدث ذلك عندما ينخفض عدد النيوترونات أو يرتفع بشكل كبير، مما يؤدي إلى تفكك الذرة وتحوّلها إلى حالة غير مستقرة. بينما تحافظ النظائر المختلفة لنفس العنصر على نفس عدد البروتونات، إلا أن عدد النيوترونات يتفاوت بينها.

يمكن تصنيف النظائر المشعة إلى نوعين رئيسيين:

النظائر الطبيعية

توجد هذه الأنواع في الطبيعة بدون أي تدخل بشري، منذ بداية وجودها، مثل: البوتاسيوم 40، الروبيديوم 87، الساماريوم 147، اللوتيسيوم 176، بالإضافة إلى اليورانيوم 235 و238.

النظائر المشعة الصناعية

تمكن الإنسان من إنتاج هذه الأنواع من خلال تعديل الذرات باستخدام مفاعلات نووية أو سيكلاتروات، لأغراض متعددة، مثل: الهيدروجين 3 (تريتيوم)، والكربون 14، والصوديوم 24، والفوسفور 32، والكبريت 35، والبوتاسيوم 42، والكالسيوم 45، والكروم 51، والحديد 59، والكوبالت 60، والكريبتون 85، والإستروتنيتوم 90، والأيتريوم 90، والبلاديوم 109، واليود 131 و132، والزينون 133، والسيزيوم 137، والثوليوم 170، والإيرديوم 192، والذهب 198، والبولونيوم 210.

تعمل النظائر المشعة على التحلل لإعادة الاستقرار إلى الذرات ذات النواة غير المستقرة، من خلال التخلص من الجسيمات الزائدة والطاقة على شكل إشعاع. وتُعرف عملية انبعاث الإشعاع هذه بعملية التحلل الإشعاعي.

توجد أربعة أنواع رئيسية من الإشعاع المنبعث من الذرات المشعة، وهي: جسيمات ألفا (α)، وجسيمات بيتا (β)، وأشعة غاما (γ)، والنيوترونات. تطلق الذرات المشعة نوعاً أو أكثر من هذه الإشعاعات للانتقال إلى حالة أكثر استقراراً. يمتلك كل نوع من الإشعاع خصائص مختلفة تؤثر على طريقة اكتشافه وتأثيره علينا. بينما تتمتع جميع الذرات الخاصة بالنظائر بسلوك كيميائي متطابق، إلا أنها تختلف في مستويات النشاط الإشعاعي. إليكم مزيد من التفاصيل:

جسيمات ألفا (α)

جسيم ألفا يتكون من أربعة جسيمات تمثل في الأساس نواة الهيليوم. أثناء تحلل جسيم ألفا، تنقسم النواة إلى جزأين: زوج من البروتونات مرتبط مع زوج من النيوترونات، مما يؤدي إلى تقليل الرقم الذري بمقدار اثنين وتقليل العدد الكتلي بمقدار أربعة.

جسيمات بيتا (β)

خلال تحلل جسيم بيتا، يتم قذف إلكترون من نواة الذرة المتحللة، مما ينتج نواة برقم ذري أعلى ولكن بنفس العدد الكتلي. تبقى الشحنة الكلية ثابتة حيث يتم تكوين إلكترون بشحنة سالبة للتوازن.

أشعة غاما (γ)

أشعة غاما تُعرف بأنها إشعاع كهرومغناطيسي عالي الطاقة، ينبعث عندما تنتقل نواة المادة المشعة من حالة طاقة مرتفعة إلى أخرى منخفضة. وهي تتكون من فوتونات خالية من الكتلة أو الشحنة الساكنة.

تمتاز أشعة غاما بطاقتها العالية وطولها الموجي القصير، وجميع تلك الأشعة المنبعثة من نظير معين تمتلك نفس الطاقة، مما يسهل على العلماء تحديد مصادر تلك الأشعة في العينة. كما إنها تخترق الأنسجة بدرجة أكبر مقارنة بجسيمات بيتا أو ألفا، ومع ذلك تترك تأثيراً أقل من الأيونات في مسارها، مما قد يؤدي إلى تلف الخلايا، مما يجعلها مشابهة جداً للأشعة السينية.