نيوكليد مشع

(تم التحويل من نويدة مشعة)

النيوكليد المشع radionuclide (النيوكليد الإشعاعي radioactive nuclide، النظير المشع radioisotope أو النظير الإشعاعي radioactive isotope)، هي ذرة لديها فائض من الطاقة النووية، مما يجعلها غير مستقرة. قد تستخدم هذه الطاقة النووية في أحد الطرق الثلاثة التالية: الإنبعاث من النوية على صورة أشعة گاما؛ الانتقال إلى أحد إلكتروناتها ليتم إطلاقها على هيئة إلكترون متحول؛ أو تستخدم لخلق وبث جزيء جديد (جزيء ألفا أو جزيء بيتا) من النوية. أثناء هذه العمليات، يقال أن النيوكليد المشع يكون خاضعاً للإضمحلال الإشعاعي.[1] هذه الانبعاثات تعتبر إشعاع مؤين لأنها قوية بما يكفي لتحريرها الإلكترون من ذرة أخرى. قد ينتج الإضمحلال الإشعاعي نيوكليد مستقر وينتج في بعض الأحياد نيوكليد مشع غير مستقر جديد والذي قد يكون خاضعاً لإضمحلال آخر. الاضمحلال المشع هو عملية على مستوى الذرات المفردة: وهو عملية يمكن التنبؤ بها عندما توشك إحدى الذرات المعينة على الاضمحلال .[2][3][4][5] ومع ذلك، ولكل مجموعة من ذرات العنصر الواحد معدل اضحملال، ومن ثم عمر النصف (t1/2) للمجموعة والذي يمكن حسابه من معاملات اضمحلالها المقاسة. نطاق عمر النصف للذرات المشعة ليس له حدوداً معروفة ويمتد على نطاق زمني يزيد على 55 قيمة أسية.

تُنتج النيوكليدات المشعة طبيعياً أو اصطناعياً في المفاعلات النووية، المسرعات الدورانية، مسرعات الجسيمات أو مولدات النيوكليدات المشعة. هناك ما يقارب 730 نيوكليد مشع بعمر نصف يزيد عن 60 دقيقة (انظر قائمة النيوكليدات). ثلثيها نيوكليدات ابتدائية تكونت قبل تشكل الأرض. هناك 60 نيوكليد مشع آخر على الأقل يمكن كشفها في الطبيعة، سواء كوليدة للنيوكليدات المشعة الابتدائية أو كنيوكليدات مشعة تنتج من خلال الإنتاج الطبيعي على الأرض عن طريق الإشعاع الكوني. هناك أكثر من 2400 نيوكليد مشع آخر بعمر نصفي أقل من 60 دقيقة. معظمها تُنتج اصطناعياً فقط وعمرها النصفي قصير للغاية. للمقارنة، هناك ما يقارب 254 نيوكليد مستقر.

جميع العناصر الكيميائية يمكن أن تتواجد كنيوكليدات مشعة. حتى أخف العناصر، الهيدروجين، لديه نيوكليد مشع شهير، التريتيوم. العناصر الأثقل من الرصاص، وعنصري التكنتيوم والپرومثيوم تتواجد فقط كنيوكليدات مشعة.

هذا الرسم البياني العصوي يقارن قراءات النظائر التي وُجِدت في الميدان في يونيو 2011 ضمن 500 متر من مفاعل فوكوشيما-الوحدة 1 (إلى اليسار) والبيانات المناظرة في تقرير من OECD لكارثة تشرنوبل (يمين).

للتعرض العفوي للنيوكليدات المشعة أثراً ضاراً على حياة العضيات ومن بينها البشر، على الرغم من المستويات المنخفضة من التعرض تحدث طبيعياً بدون أي ضرر. تعتمد درجة الضرر على طبيعة ووجود الإشعاع المنتج، كمية وطبيعة التعرض (تلامس قريب، استنشاق أو ابتلاع)، والخصائص الكيميائية-الحيوية للعنصر؛ حيث الخطر المتزايد للإصابة بالسرطان هي النتيجة الأكثر شيوعاً. ومع ذلك، فالنيوكليدات المشعة ذات الخصائص المناسبة تستخدم في الطب النووي سواء للتشخيص أو العلاج.


. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

النيوكليدات

تعريف

توصف النيوكليدات بالعدد الذري Z (عدد البروتونات) وكتلته الذرية (عدد البروتونات والنيوترونات) A :

نوكليد (A) = بروتونات (Z) + نيوترونات (N)

أي أن :

A = Z + N.

ويكتب رمز النوكليد (نواة الذرة لعنصر) X كالآتي:

, وعلى سبيل المثال :

هذه هي نواة ذرة الكوبلت-60 أو بطريقة أسهل  :

60Co أو Co-60.

وكل نظير مشع يتميز بنشاط إشعاعي وعمر النصف ، ونوع الأشعة التي يصدرها من خلال نشاطه الإشعاعي ، وطاقة كل إشعاع من تلك الأشعة.

تنتمي جميع النظائر ذات عدد ذري واحد (منها المشع ومنها غير المشع) إلى نفس العنصر الكيميائي ، وتسمى نظائر العنصر.

فمثلا : تكوّن الفسفور-31 31P والفسفور-32 (32P) والفسفور-33 (33P) نظائر عنصر الفسفور ، تختلف كتلتها الذرية A ولكنها خصائصها الكيميائية متماثلة.

النشأة

تتواجد النظائر المشعة في ثلاث مجموعات:


الطبيعية

الانشطار النووي

الاصطناعية

يمكن تحضير النظائر صناعيا بواسطة التفاعلات النووية لاستخدامها في الطب والصناعة والمراكز العلمية. يجري ذلك في معجلات الجسيمات أو في مولدات النظائر المشعة في مفاعل نووي صغير. وتتمثل مخاطر النظائر المشعة في تلويث البيئة اشعاعيا إذا ما تسربت بشكل أو بآخر إلى الجو المحيط وقد تؤدي إلى متلازمة الإشعاع الحادة. تخضع استخدامات النظائر المشعة في مختلف الحقول إلى المتابعة والرقابة القانونية حتى لا تتسرب ولا يلحق بالناس أضرار، وتوجد لذلك قوانين دولية تتبعها كل الدول وتضعها من ضمن قوانينها المدنية (أنظر قوانين الوقاية من الإشعاع).


. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

الاستخدامات

تستخدم النظائر المشعة في مجالات عديدة منها:

  1. اقتفاء سير التفاعلات الكيميائية ودراسة تحركها.
  2. في الكيمياء الحيوية لتقدير مدى استفادة الأحياء من غذاء معين وذلك بإعطائه غذاء يحتوي عنصر مشع ويقتفى أثر العنصر المشع بكاشف للإشعاع حتى وصوله إلى غايته وبذلك يقدر مدى استفادة جسم الكائن من الغذاء.
  3. في الطب مثل علاج إشعاعي وعلاج باليود المشع ومعالجة الأورام السرطانية وذلك من خلال إعطاء المريض مادة مشعة تقضي على الورم.
  4. في تقدير عمر الأشياء القديمة فقد قدر عمر الأرض من معرفة معدل الاشعاع في اليورانيوم والرصاص. كما قدرت أعمار الأمم البائدة وذلك من الاشعاع الناتج من الكربون-14 المتبقي على قطعة خشب أو قماش من تلك العهود.

الاستخدام في الزراعة والأغذية

تستخدم الإشعاعات المؤينة والنظائر المشعة في وقتنا الحالي استخداماً واسعاً وفي عدة مجالات زراعية بغرض زيادة الدخل الزراعي ، وفي عمليات حفظ المحاصيل الزراعية.

ومن أهم مجالات استخدام الإشعاعات المؤينة في الزراعة ما يلي :

  • زيادة إنتاجية الأرض.
  • استنباط أنواع جديدة من المحاصيل الغذائية ذات نسبة عالية من البروتين.
  • تحديد أماكن مصادر المياه واستخداماتها بكفاءة عالية.
  • أنتاج محاصيل ذات مقاومة عالية للأمراض وللتقلبات الجوية.
  • تحديد كيفية امتصاص النباتات للأسمدة والكيماويات المخصبة.
  • تعقيم البذور.


أمثلة

النظير Z N عمر النصف DM DE
keV
نمط التشكل ملاحظات
تريتيوم (3H) 1 2 12.3 y β  19 Cosmogenic lightest radionuclide, used in artificial nuclear fusion, also used for radioluminescence and as oceanic transient tracer. يـُختلق من قصف نيوترونات ليثيوم-6 أو ديوتريوم
بريليوم-10 4 6 1,387,000 y β  556 Cosmogenic used to examine soil erosion, soil formation from regolith, and the age of ice cores
كربون-14 6 8 5,700 y β  156 Cosmogenic يستخدم للتأريخ بالكربون المشع
فلور-18 9 9 110 min β+ , EC 633/1655 Cosmogenic positron source, synthesised for use as a medical radiotracer in PET scans.
ألومنيوم-26 13 13 717,000 y β+ , EC 4004 Cosmogenic exposure dating of rocks, sediment
كلور-36 17 19 301,000 y β , EC 709 Cosmogenic exposure dating of rocks, groundwater tracer
پوتاسيوم-40 19 21 1.24×109 y β , EC 1330 /1505 Primordial used for potassium-argon dating, source of atmospheric argon, source of radiogenic heat, largest source of natural radioactivity
كالسيوم-41 20 21 102,000 y EC Cosmogenic exposure dating of carbonate rocks
كوبالت-60 27 33 5.3 y β  2824 Synthetic produces high energy gamma rays, used for radiotherapy, equipment sterilisation, food irradiation
سترونشيوم-90 38 52 28.8 y β  546 Fission product medium-lived fission product; probably most dangerous component of nuclear fallout
تكنيشيوم-99 43 56 210,000 y β  294 Fission product commonest isotope of the lightest unstable element, most significant of long-lived fission products
تكنيشيوم-99م 43 56 6 hr γ,IC 141 Synthetic most commonly used medical radioisotope, used as a radioactive tracer
يود-129 53 76 15,700,000 y β  194 Cosmogenic longest lived fission product; groundwater tracer
يود-131 53 78 8 d β  971 Fission product most significant short term health hazard from nuclear fission, used in nuclear medicine, industrial tracer
زينون-135 54 81 9.1 h β  1160 Fission Product strongest known "nuclear poison" (neutron-absorber), with a major effect on nuclear reactor operation.
سيزيوم-137 55 82 30.2 y β  1176 Fission Product other major medium-lived fission product of concern
گادولينيوم-153 64 89 240 d EC Synthetic Calibrating nuclear equipment, bone density screening
بيزموث-209 83 126 1.9×1019y α 3137 Primordial long considered stable, decay only detected in 2003
پولونيوم-210 84 126 138 d α 5307 Decay Product Highly toxic, used in poisoning of Alexander Litvinenko
رادون-222 86 136 3.8d α 5590 Decay Product gas, responsible for the majority of public exposure to ionizing radiation, second most frequent cause of lung cancer
ثوريوم-232 90 142 1.4×1010 y α 4083 Primordial basis of thorium fuel cycle
يورانيوم-235 92 143 7×108y α 4679 Primordial fissile, main nuclear fuel
يورانيوم-238 92 146 4.5×109 y α 4267 Primordial Main Uranium isotope
پلوتونيوم-238 94 144 87.7 y α 5593 Synthetic used in radioisotope thermoelectric generators (RTGs) and radioisotope heater units as an energy source for spacecraft
پلوتونيوم-239 94 145 24110 y α 5245 Synthetic used for most modern nuclear weapons
أمريكيوم-241 95 146 432 y α 5486 إصطناعي يستخدم في كشاف الدخان المنزلي كعامل مؤين
كاليفورنيوم-252 98 154 2.64 y α/SF 6217 Synthetic undergoes spontaneous fission (3% of decays), making it a powerful neutron source, used as a reactor initiator and for detection devices

المفتاح: Z = عدد الپروتونات؛ N = عدد النيوترونات؛ DM = نمط الإضمحلال؛ DE = طاقة الإضمحلال؛ EC = إمساك الإلكترون


. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

كشافات الدخان المنزلي

حاوية أمريكيوم في كشاف دخان.
كبسولة أمريكيوم-241 كما توجد في كشاف الدخان. دائرة المعدن الأكثر دكانة في الوسط هي أمريكيوم-241؛ الغلاف المحيط هو من الألومنيوم.


الآثار على العضيات

جدول ملخص لأنواع النيوكليدات، "المستقرة" والمشعة

نوع الاستقرار عدد الكلويدات Running total Notes on running total
Theoretically stable to all but proton decay 90 90 Includes first 40 elements. Proton decay yet to be observed.
Energetically unstable to one or more known decay modes, but no decay yet seen. Spontaneous fission possible for "stable" nuclides ≥ niobium-93; other mechanisms possible for heavier nuclides. All considered "stable" until decay detected. 164 254 Total of classically stable nuclides.
Radioactive primordial nuclides. 32 286 Total primordial elements include uranium, thorium, bismuth, rubidium-87, potassium-40 plus all stable nuclides.
Radioactive nonprimordial, but naturally occurring on Earth. 60+ >346 Carbon-14 (and other isotopes generated by cosmic rays) and daughters of radioactive primordial elements, such as radium, polonium, etc. 41 of these have a half life of greater than one hour.
Radioactive synthetic half-life ≥ 1.0 hour). Includes most useful radiotracers. 661 988 These 988 nuclides are listed in the article List of nuclides.
Radioactive synthetic (half-life < 1.0 hour). >2400 >3300 Includes all well-characterized synthetic nuclides.

قائمة النيوكليدات المشعة المتوافرة تجارياً

انبعاث گاما فقط

النظير النشاط عمر النصف الطاقة (keV)
باريوم-133 9694 TBq/kg (262 Ci/g) 10.7 سنة 81.0, 356.0
كادميوم-109 96200 TBq/kg (2600 Ci/g) 453 يوم 88.0
كومبلت-57 312280 TBq/kg (8440 Ci/g) 270 يوم 122.1
كوبلت-60 40700 TBq/kg (1100 Ci/g) 5.27 سنة 1173.2, 1332.5
اوروپيوم-152 6660 TBq/kg (180 Ci/g) 13.5 يوم 121.8, 344.3, 1408.0
منگنيز-54 287120 TBq/kg (7760 Ci/g) 312 يوم 834.8
صوديوم-22 237540 Tbq/kg (6240 Ci/g) 2.6 سنة 511.0, 1274.5
زنك-65 304510 TBq/kg (8230 Ci/g) 244 يوم 511.0, 1115.5
تكنيشيوم-99m 1.95×107 TBq/kg (5.27 × 105 Ci/g) 6 ساعة 140

انبعاث بيتا فقط

النظير النشاط عمر النصف الطاقة (keV)
سترونشيوم-90 5180 TBq/kg (140 Ci/g) 28.5 سنة 546.0
ثاليوم-204 17057 TBq/kg (461 Ci/g) 3.78 سنة 763.4
كربون-14 166.5 TBq/kg (4.5 Ci/g) 5730 سنة 49.5 (متوسط)
تريتيوم (هيدروجين-3) 357050 TBq/kg (9650 Ci/g) 12.32 سنة 5.7 (متوسط)

انبعاث ألفا فقط

النظير النشاط عمر النصف الطاقة (keV)
پولونيوم-210 166500 TBq/kg (4500 Ci/g) 138.376 يوم 5304.5
يورانيوم-238 12580 KBq/kg (0.00000034 Ci/g) 4.468 بليون سنة 4267

مواد متعددة الانبعاثات

النظير النشاط عمر النصف أنواع الإشعاع الطاقة (keV)
سيزيوم-137 3256 TBq/kg (88 Ci/g) 30.1 سنة گاما وبيتا G: 32, 661.6 B: 511.6, 1173.2
أمريكيوم-241 129.5 TBq/kg (3.5 Ci/g) 432.2 سنة گاما وألفا G: 59.5, 26.3, 13.9 A: 5485, 5443

انظر أيضاً

الهوامش

  1. ^ R.H. Petrucci, W.S. Harwood and F.G. Herring, General Chemistry (8th ed., Prentice-Hall 2002), p.1025–26
  2. ^ "Decay and Half Life". Retrieved 2009-12-14.
  3. ^ Stabin, Michael G. (2007). "3". Radiation Protection and Dosimetry: An Introduction to Health Physics. Springer. doi:10.1007/978-0-387-49983-3. ISBN  978-0387499826 .
  4. ^ Best, Lara; Rodrigues, George; Velker, Vikram (2013). "1.3". Radiation Oncology Primer and Review. Demos Medical Publishing. ISBN  978-1620700044 .
  5. ^ Loveland, W.; Morrissey, D.; Seaborg, G.T. (2006). Modern Nuclear Chemistry. Wiley-Interscience. p. 57. ISBN  0-471-11532-0 .

المصادر

  • Carlsson, J.; Forssell Aronsson, E; Hietala, SO; Stigbrand, T; Tennvall, J; et al. (2003). "Tumour therapy with radionuclides: assessment of progress and problems". Radiotherapy and Oncology. 66 (2): 107–117. doi:10.1016/S0167-8140(02)00374-2. PMID 12648782.
  • "Radioisotopes in Industry". World Nuclear Association.
  • Martin, James (2006). Physics for Radiation Protection: A Handbook. p. 130. ISBN  3527406115 .

قراءات إضافية

  • Luig, H.; Kellerer, A. M.; Griebel, J. R. (2011). "Radionuclides, 1. Introduction". Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry. doi:10.1002/14356007.a22_499.pub2. ISBN  3527306730 .

وصلات خارجية