الفيزياء الإشعاعية والوقاية

يمكن الحصول على الإشعاع المؤين إما طبيعياً أو صناعياً كما يلي:

أولاً: المصادر الطبيعية للإشعاع المؤين Natural Sources of Ionizing Radiation

• الأشعة الكونية Cosmic Radiation

من أهم المصادر الطبيعية للإشعاع المؤين هي الأشعة الكونية القادمة من الفضاء الخارجي إلى الأرض. حيث تصل إلى الأرض كمية من الإشعاع المؤين قادمة من الفضاء الخارجي ومن الشمس، وتحتوي هذه الأشعة على كميات مختلفة من الإشعاع المؤين التي منها النترونات، البروتونات وجسيمات –الفا ونسبة قليلة من الأنوية الخفيفة مثل الكربون والأكسجين وكذلك الفوتونات والإلكترونات. وعند مرور هذه الإشعاعات المؤينة عبر الغلاف الجوي للأرض فإنها تتفاعل مع مكوناته فتتغير محتوياتها وتضعف كمياتها إلى أن تصل إلى الأرض بكميات ضئيلة جداً ليس منها ضرر على الإنسان أو بيئته ولهذا يُعتبر الغلاف الجوي واقياً من هذه الإشعاعات. وتتغير الجرعة الإشعاعية التي يتعرض لها الإنسان من هذا المصدر من الإشعاع بتغير موقعه على الكرة الأرضية. فالأشعة الكونية تقل عند خط الاستواء وتزداد باتجاه القطبين وعند الارتفاعات العالية من سطح البحر.فعندما تخترق الأشعة الكونية الغلاف الجوي تتفاعل النترونات الكونية مع غاز النتروجين ¹⁴N طبقاً للمعادلة:

¹₀n+¹⁴₇N → ¹⁴₆C+¹₁P

وبهذا ينتشر الكربون ¹⁴C المشع المتكون في الغلاف الجوي حتى يصل إلى سطح الأرض بفعل الأمطار فيدخل في تركيب المواد الحية الموجودة على سطح الأرض.

• النشاط الإشعاعي الطبيعي في القشرة الأرضية Natural Radioactivity in the Earth

المواد المشعة طبيعياً والموجودة في القشرة الأرضية منتشرة على مدى واسع. فقد وُجِدَ أن الأنوية المشعة طبيعياً تتمركز في نوع من الصخور مثل صخور الجرانيت. أما الأحجار الجيرية والرملية فهي قليلة الإشعاع.

وقد وُجِدَ أن اليورانيوم- 238 (²³⁸U) والثوريوم- 232 (²³²Th) من أوسع العناصر المشعة طبيعياً انتشاراً في القشرة الأرضية. وعمر النصف لهذه العناصر يُقدر بملايين السنين وعند الاضمحلال فإنها تُنتج مواداً مشعة أقصر عمراً منها. ومما يزيد الأمر سوءاً أن هذه المواد الصخرية والرملية لايمكن الاستغناء عنها خصوصاً في البناء.

وتختلف المواد المشعة الموجودة في الطبيعة باختلاف المكان وارتفاعه عن سطح البحر وطبيعة التربة ونوع المسكن.

• الإشعاع الطبيعي ضمن جسم الأنسان Natural Radioactivity within The Human Body

يحتوي جسم الإنسان على كميات ضئيلة من العناصر المشعة مثل الكربون- 14 (¹⁴C) والبوتاسيوم- 40 (⁴⁰K) إضافة إلى ذلك فقد يتواجد كلاً من غَازَيّ الراديوم Radium والثوريوم Thorium المشعين في جسم الإنسان (الناتجين عن تفكك أو اضمحلال الراديو والثوريوم الموجودين في التربة طبيعياً) وذلك عن طريق الجهاز التنفسي. وكذلك يمكن دخول بعض المواد المشعة إلى جسم الإنسان عن طريق الغذاء الذي قد يكون حاوياً على كمية ضئيلة من المواد المشعة.

ثانياً: المصادر الصناعية للإشعاع المؤين Artificial Sources of Ionizing Radiation

يتضح مما سبق أن المصادر الطبيعية للإشعاع المؤين إنما هي مصادر محدودة لا تفي بحاجة الإنسان وذلك من عدة نواحي مثل:

1. توافرها في الطبيعة.
2. اختلاف المصادر المشعة من حيث الطاقة، عمر النصف الزمني ... ألخ.
3. كثافة الإشعاع.
4. حالة المصدر المشع (غاز، سائل، صلب).
5. سهولة الاستعمال.

وبتزايد الحاجة للإشعاع المؤين بسبب اختلاف وتعدد التطبيقات الحديثة له، أصبح الحصول عليه من مصادر أخرى غير طبيعية ضرورة ملحة. ونذكر فيما يلي بعض المصادر الحديثة للإشعاع المؤين:

• المفاعل النووي Nuclear Reactor

يعتبر المفاعل النووي من أغنى المصادر الصناعية بالإشعاع المؤين خصوصاً النترونات ذات الطاقات العالية والتي يمكن تحويلها إلى نترونات منخفضة الطاقة وذلك بعد تمريرها خلال مادة تعمل على إفقادها للطاقة من خلال التصادمات مع أنوية هذه المادة والتي تكون عادة ذات عدد ذري منخفض. أصبحت هذه النترونات المنخفضة الطاقة أو النترونات البطيئة Slow Neutrons ذات تطبيقات واسعة في مجالات عديدة.

وقد تم إنتاج العديد من المصادر المشعة والمستعملة حالياً في الصناعة والطب وغيرها من مجالات مختلفة بالاستعانة بالمفاعل النووي فعلى سبيل المثال تم إنتاج الكوبالت – 60 (⁶⁰C0) المشع عن طريق تشعيع الكوبالت- 59 (⁵⁹C0) في المفاعل النووي بالنترونات الحرارية Thermal Neutron وفقاً للمعادة التالية:

¹₀n + ⁵⁹₂₇Co → ⁶⁰₂₇Co + ɣ

بحيث يتم استخدام مصدر الكوبالت المشع ⁶⁰Co في جهاز Gamma Knife لعلاج أورام الدماغ، وعمر النصف له حوالي 5.20 سنة وبعد تفكك الكوبالت يتحول إلى نيكل- 59 (⁵⁹Ni).

• أجهزة إنتاج الأشعة السينية X-ray Machines

بعدما أُثبِتت الأشعة السينية كفاءتها في إظهار المحتوى الداخلي لجسم الإنسان حيث كانت كبداية للاستخدام التشخيصي الطبي لهذه الأشعة والتي نتج على إثرها تطورات مهمة في كلاً من التصوير المقطعي (Computerized Tomography (CT وأجهزة تصوير الثدي Mammograms، وأجهزة إنتاج الأشعة السينية بطاقات عالية للاستخدام العلاجي. وبعد دراسات طويلة وأبحاث واسعة تم التوصل إلى أجهزة إنتاج الأشعة السينية بطاقات مختلفة.

• المسرعات الخطية Linear Accelerators

معظم استخدامات الأشعة السينية السابق ذكرها تكون محصورةً في التشخيص الطبي والصناعة والأمن والسلامة ولهذا ففي مجال العلاج الإشعاعي Radiotherapy تم التوصل إلى تصميم جهاز يعمل على تسريع الإلكترونات إلى طاقات عالية جدا. ويمكن استخدام هذه الأشعة الإلكترونية مباشرة في العلاج الإشعاعي أو بعد تسليطها على الهدف المناسب ليتم إنتاج الأشعة السينية.

المصدر: “كتاب الإشعاع والعلاج الإشعاعي”.

تحرير بتصرف: مؤيد عيسى إسماعيل