الفيزياء

ما هي جسيمات ألفا؟

جسيم ألفا.

جسيم ألفا ، جسيم موجب الشحنة ، مطابق لنواة ذرة الهليوم -4 ، ينبعث تلقائياً من بعض المواد المشعة ، ويتكون من بروتونين ونيوترونين مرتبطين معاً ، وبالتالي كتلته أربع وحدات وشحنة موجبة من اثنين. اكتشفه وسماه (1899) إرنست رذرفورد ، واستخدم جسيمات ألفا من قبله وزملاؤه في التجارب لاستكشاف بنية الذرات في رقائق معدنية رقيقة. نتج عن هذا العمل أول مفهوم للذرة كنظام كوكبي صغير به جسيمات سالبة الشحنة (إلكترونات) تدور حول نواة موجبة الشحنة (1909-1911). في وقت لاحق ، قام باتريك بلاكت بقذف النيتروجين بجزيئات ألفا ، وتحويله إلى أكسجين ، في أول تحول نووي مصطنع (1925). اليوم ، يتم إنتاج جسيمات ألفا لاستخدامها كمقذوفات في الأبحاث النووية عن طريق التأين – أي عن طريق تجريد كلا الإلكترونين من ذرات الهيليوم – ثم تسريع الجسيم المشحون إيجابياً الآن إلى طاقات عالية.

ما هي خصائص جسيمات ألفا؟

جسيمات ألفا بطيئة وثقيلة نسبياً مقارنة بأشكال الإشعاع النووي الأخرى. تنتقل الجسيمات بمعدل 5 إلى 7٪ من سرعة الضوء أو 20.000.000 متر في الثانية ولها كتلة تعادل تقريباً 4 بروتونات.

نظراً لأن جسيمات ألفا شديدة التأين ، فهي غير قادرة على اختراق المادة لمسافات بعيدة ، ويتم استراحتها بواسطة بضعة سنتيمترات من الهواء أو أقل من عُشر ملليمتر من الأنسجة البيولوجية .

ما هي الآثار الصحية للتعرض لجزيئات ألفا؟

جسيمات ألفا شديدة التأين بسبب شحنتها الموجبة المزدوجة وكتلتها الكبيرة (مقارنة بجسيم بيتا) ولأنها بطيئة نسبياً. يمكن أن تسبب تأينات متعددة على مسافة صغيرة جداً. وهذا يمنحهم القدرة على إحداث المزيد من الضرر البيولوجي لنفس المقدار من الطاقة المودعة. لا تستطيع جسيمات ألفا اختراق الطبقة الطبيعية من الخلايا الميتة على السطح الخارجي للجلد، ولكنها يمكن أن تلحق الضرر بقرنية العين. عادةً ما يكون إشعاع جسيمات ألفا مصدر قلق للسلامة فقط إذا حدث التحلل الإشعاعي من ذرة موجودة بالفعل داخل الجسم أو الخلية. تعتبر بواعث جسيمات ألفا خطيرة بشكل خاص إذا تم استنشاقها أو بلعها أو إذا دخلت الجرح.

ما هي بعض المصادر الشائعة لجزيئات ألفا؟

تحدث العديد من بواعث ألفا بشكل طبيعي في البيئة. على سبيل المثال ، يتم إطلاق جسيمات ألفا بواسطة النويدات المشعة مثل اليورانيوم 238 والراديوم 226 وأعضاء أخرى من سلسلة اضمحلال اليورانيوم والثوريوم والأكتينيوم الموجودة بشكل طبيعي والتي توجد بكميات متفاوتة في جميع الصخور والتربة والمياه تقريباً.

تشمل المصادر المنتجة اصطناعياً لجزيئات ألفا النظائر المشعة لعناصر مثل البلوتونيوم والأمريسيوم والكوريوم والكاليفورنيوم. يتم إنتاجها بشكل عام في مفاعل نووي من خلال امتصاص النيوترونات بواسطة نظائر اليورانيوم المشعة المختلفة.

ما هي بعض استخدامات جسيمات ألفا؟

تتمتع جسيمات ألفا بقدرة اختراق منخفضة ولكن هذا لا يزال يوفر مجموعة من التطبيقات المفيدة:

▪️كاشفات الدخان – يستخدم الأمريكيوم 241 بشكل شائع في أجهزة الكشف عن الدخان المؤين. الدخان الذي يدخل الكاشف يقلل من كمية جسيمات ألفا التي يتم اكتشافها ويطلق الإنذار.

▪️تستخدم مزيلات الكهرباء الساكنة جسيمات ألفا من البولونيوم 210 لإزالة الشحنات الساكنة من المعدات.

▪️تستخدم المولدات الكهروحرارية للنظائر المشعة تحلل جسيمات ألفا من البلوتونيوم 238 لتوليد الحرارة التي يتم تحويلها إلى كهرباء ، وهي شائعة الاستخدام في المسابير الفضائية يتم فحص بعض بواعث ألفا لاحتمال استخدامها في العلاج الإشعاعي غير المختوم المصدر لعلاج السرطان.

▪️بطارية لمنظم ضربات القلب. تُستخدم أشعة ألفا من البلوتونيوم 238 في بطاريات أجهزة تنظيم ضربات القلب كمصدرٍ للطاقة، وتتميز بعمرٍ افتراضيٍّ يصل إلى 88 عاماً، وهذا يساعد في توفير الطاقة لفترةٍ طويلةٍ، لكنه لم يعد يستخدم الآن بسبب سميته، كما أنه يصعب استخدامه أثناء السفر.

▪️محطات الاستشعار عن بعد. هناك بلدانٌ تستخدم أشعة ألفا من السترونتيوم 90 كمصدرٍ للوقود لتشغيل محطات الاستشعار عن بعد، مثل دولة الولايات المتحدة الأمريكية، التي تُستخدم أشعة ألفا في تشغيل محطات الاستشعار عن بعدٍ في ألاسكا.

▪️أجهزة التدفئة. تتحلل أشعة ألفا فينتج عنها حرارة، هذه الحرارة تستخدم في التدفئة على المركبات الفضائية، ويعد هذا الاستخدام لأشعة الفا من أهم الاستخدامات بالنسبة لرواد الفضاء.

▪️عوامات حماية السواحل. تستخدم أشعة ألفا من السترونيوم – 90 في توفير الطاقة المستخدمة في تشغيل العوامات المحيطية، وتتميز البطاريات المصنعة من أشعة ألفا بعمرٍ افتراضيٍّ طويل، وتم استخدامها بالفعل من قبل خفر السواحل الأمريكية.

▪️معدات آبار النفط. تستخدم أشعّة ألفا من السترونيوم-90 لتشغيل المعدات البحرية المستخدمة في استخراج النفط من البحر.

▪️الأجهزة الزلزالية والمحيطية. تُستخدم أشعة ألفا من السترونيوم-90 في تشغيل الكثير من الأجهزة التي تُستخدم في قياس الزلازل، وغيرها من الأجهزة المحيطيّة، وغالباً ما توضع هذه الأجهزة في أماكنَ معزولةٍ، مثل قيعان المحيطات.

المراجع:

The Editors of Encyclopædia Britannica, “Alpha particle”، www.britannica.com

“Alpha particles”, www.arpansa.gov.au

ما هي أشعة ألفا ؟/www.google.com/amp/s/www.arageek.com

اترك تعليقاً

لن يتم نشر عنوان بريدك الإلكتروني. الحقول الإلزامية مشار إليها بـ *

زر الذهاب إلى الأعلى