يعتبر انبعاث الطاقة والجسيمات دون الذرية تلقائيًا من الذرات أحد أهم الخصائص المميزة لبعض أنواع الذرات وتسمى هذه العملية بالنشاط الإشعاعي؛ حيث تتحلل النواة غير المستقرة بشكل تلقائي لتصبح أكثر استقرارًا ولكن قد لا يحدث ذلك إلا ببضع طرق محددة عن طريق إصدار جزيئاتٍ معينةٍ أو أشكالٍ معينةٍ من الطاقة الكهرومغناطيسية، الأمر الذي ينتج عنه أنواعٌ مختلفةٌ من النشاط أهمها تحلل ألفا وتحلل بيتا، سنتعرف في هذا المقال على تحلل أو اضمحلال ألفا وأهميته بالنسبة للذرات، لكن في البداية سنتعرف على جسيمات ألفا وما هي أهم خواصها المميزة.1

تعريف جسيمات ألفا

هي نوى نشطة من الهيليوم تتكون من بروتونين ونيوترون مرتبطين معًا بجزيءٍ مطابقٍ لنواة الهيليوم تحمل شحنة موجبة مزدوجة، تعد هذه الجسيمات كبيرة نسبيًا ولا تتمتع بقدرة عالية على الاختراق حيث يمكن لقطعة من الورق منعها، تستطيع الانتقال لمسافةٍ قصيرةٍ (بضعة سنتيمترات) لكنها تفقد كل طاقتها على طول مسارها القصير.

تنبعث جسيمات ألفا من جميع النوى المشعة الثقيلة الموجودة في الطبيعة مثل اليورانيوم والثوريوم والراديوم وكذلك من العناصر العابرة لليورانيوم مثل النبتونيوم البلوتونيوم والأمريسيوم، كما يمكن إنتاجها من خلال العمليات النووية التي تُعرف باسم الانشطار الثلاثي حيث تنقسم نواة اليورانيوم في هذه العملية إلى ثلاث جسيماتٍ مشحونةٍ تسمى شظايا الانشطار ويكون أصغر شظايا الانشطار على الأرجح باحتمال 90 ٪ جزيء ألفا نشيط.2

يمكننا تلخيص أهم الخصائص الأساسية لجسيمات ألفا بما يلي:

  • يحمل الجسيم ضعف الشحنة الإيجابية للبروتون وهو ما يساوي الشحنة الموجودة في نواة الهيليوم.
  • تكون كتلة جسيم ألفا أربعة أضعاف كتلة ذرة الهيدروجين أي أنها تساوي كتلة نواة الهيليوم.
  • يمكن حرف جسيمات ألفا بواسطة الحقول الكهربائية والمغناطيسية.
  • تتراوح سرعة جسيمات ألفا بين 1.4 × 107 مللي ثانية إلى 2.1 × 107 مللي ثانية اعتمادًا على المصدر الذي ينبعث منها.
  • بسبب الكتلة الكبيرة التي يتمتع بها الجسيم تكون قوة اختراقه صغيرة جدًا حيث يمكن إيقاف الجسيمات بسهولةٍ بواسطة لوح ألمنيوم بسمك 0.02 مم فقط.
  • بسبب الكتلة الكبيرة والسرعة الكبيرة تتمتع الجسيمات بقوة تأينٍ كبيرةٍ حيث يمكن لكل جسيم أن ينتج آلاف الأيونات قبل امتصاصه.
  • تعتمد المسافة التي يمكن للجسيم من خلالها السفر في الهواء على المصدر المشع الذي ينتجها (في الضغط الطبيعي للهواء يتراوح المدى من 3 إلى 8 سم).
  • تؤثر الجسيمات على لوحة التصوير الفوتوغرافي قليلًا.
  • تتناثر معظم الجسيمات في زوايا صغيرةٍ عند اختراقها لرقائق معدنية رقيقة ولكن القليل منها ينتشر بزاويةٍ تزيد عن 90 درجة.3

استخدامات جسيمات ألفا

تستخدم العناصر المشعة التي تخضع لتحلل ألفا في أجهزة الكشف عن الدخان مثل عنصر الأميريسيوم الذي يتم استخدامه بشكلٍ متكررٍ كونه مصدرٌ رئيسيٌّ لجسيمات ألفا حيث يتم تأين الهواء داخل الكاشف كما يتم إطلاق جسيمات ألفا داخل الدخان فعندما يدخل الدخان داخل الكاشف يتم تغيير التأين ويتم تشغيل جهاز الإنذار.

كذلك تُستخدم جسيمات ألفا في عملية تُعرف باسم مطيافية ألفا لجسيمات الأشعة السينية (APXS) تستخدم هذه العملية لتحديد التكوين الأولي للصخور والتربة، استخدمت ناسا هذه الطريقة في مهماتها إلى المريخ لتحديد العناصر الموجودة في صخور المريخ.

تستخدم جسيمات ألفا أيضًا في المجال الطبي من خلال علاج جديد للسرطان يُعرف باسم علاج ألفا المستهدف أو تحلل ألفا لقتل الخلايا السرطانية حيث يقوم المريض بابتلاع الرصاص الذي ينتقل إلى موقع الورم ثم يقوم بإطلاق إشعاع ألفا الذي يقتل جميع الخلايا في المنطقة.4

الآثار الصحية للتعرض لجسيمات ألفا

لا يمكن لجسيمات ألفا أن تخترق طبقة للخلايا الميتة من خارج البشرة ولكن قد يكون لها القدرة على التأثير على قرنية العين وإتلافها، يكون إشعاع جسيم ألفا مصدر قلق للسلامة فقط عندما يحدث التحلل الإشعاعي من ذرةٍ موجودةٍ بالفعل داخل الجسم أو الخلية وتكون بواعث جسيمات ألفا خطيرةٍ بشكلٍ خاص إذا تم استنشاقها أو بلعها أو إذا دخلت إلى داخل الجرح.5

اضمحلال ألفا

تحلل ألفا

تحلل أو اضمحلال ألفا هو أحد العمليات التي يمكن أن تستخدمها الذرات غير المستقرة لتصبح أكثر استقرارًا عن طريق فقدان جسيم ألفا بشكلٍ تلقائيٍّ والذي يتكون من بروتونين ونيوترون فتتغير من عنصرٍ لآخر، على سبيل المثال بعد خضوع ذرة اليورانيوم التي تتكون من 92 بروتون للتحلل تصبح ذرة من الثوريوم المكون من 90 بروتون.6

تعتبر السرعة والطاقة المنبعثة من جسيم ألفا الذي يتم إخراجه من النواة أمرًا مهمًا خاصةً للنواة الأم؛ حيث تحدد النطاق أو المسافة التي ينتقل بها جسيم ألفا، على الرغم من إخراجه بسرعةٍ تقارب عُشر سرعة الضوء إلا أن جسيمات ألفا لا تخترق هذه السرعة ويتراوح مداها في الهواء بين 1 إلى 4 بوصات فقط أي ما يعادل نطاق طاقةٍ يتراوح بين 4 ملايين و10 ملايين فولت إلكترون.7

المراجع

  • 1 ، Radioactivity، من موقع: www.britannica.com، اطّلع عليه بتاريخ 11/11/2019
  • 2 ، Characteristics of Alpha Particles / Radiation، من موقع: www.nuclear-power.net، اطّلع عليه بتاريخ 11/11/2019
  • 3 ، 10 properties of alpha particles، من موقع: winnerscience.com، اطّلع عليه بتاريخ 11/11/2019
  • 4 ، Alpha decay، من موقع: energyeducation.ca، اطّلع عليه بتاريخ 11/11/2019
  • 5 ، Alpha particles، من موقع: www.arpansa.gov.au، اطّلع عليه بتاريخ 11/11/2019
  • 6 ، Glossary، من موقع: education.jlab.org، اطّلع عليه بتاريخ 11/11/2019
  • 7 ، Alpha decay، من موقع: www.britannica.com، اطّلع عليه بتاريخ 11/11/2019