استخدامات أشعة غاما

الطيف الكهرومغناطيسي

يمثل الطيف الكهرومغناطيسي التوزيع الكامل للإشعاع الكهرومغناطيسي بناءً على التردد أو الطول الموجي، وعلى الرغم من أن جميع الموجات الكهرومغناطيسية تنتقل بسرعة الضوء في الفراغ فإنها تقوم بذلك خلال مجموعة واسعة من الترددات والأطوال الموجية وطاقات الفوتون، ويتألف الطيف الكهرومغناطيسي من العديد من الأجزاء التي تحمل أسماء مختلفة بناءً على اختلاف سلوكها في إرسال الموجات ونقلها واستيعابها وبناءً على تطبيقاتها العملية المختلفة، ويشمل الطيف الكهرومغناطيسي بأكمله من أدنى إلى أعلى تردد جميع موجات الراديو مثل موجات الراديو والتلفزيون التجاريين وأفران الميكروويف والرادار والأشعة تحت الحمراء والضوء المرئي والإشعاع فوق البنفسجي والأشعة السينية و أشعة غاما، ويستعرض هذا المقال استخدامات أشعة غاما بالإضافة الى مصادر هذه الأشعة والتأثيرات السلبية لها.^[١]

أنواع الأشعة

تمتلك الأشعة طاقة حركية بسرعات مساوية لسرعة الضوء في المساحة الحرة أو أقل منها، ولكن هذه السرعات أكبر بكثير من السرعة التي تنتقل بها الحرارة، ويشتمل النوع الأول من الأشعة على طيف الإشعاع الكهرومغناطيسي الذي يشمل موجات الراديو وأجهزة الميكروويف والأشعة تحت الحمراء والضوء المرئي والأشعة فوق البنفسجية والأشعة السينية وأشعة غاما، وتتميز كل هذه الإشعاعات بكتلة صفرية نظريًا، أما النوع الثاني فيشتمل على جزيئات مثل الإلكترونات والبروتونات والنيوترونات وهي مكونات الذرات والنواة الذرية وتمتاز بامتلاكها كتلة نظرية على عكس النوع الأول، وعندما تنتقل مثل هذه الأشكال من المواد الجسيمية بسرعات عالية فإنها تصنف كإشعاعات، وباختصار يتم التمييز بشكل واضح بين فئتي الإشعاع من خلال سرعة الانتشار بالإضافة الى وجود كتلة من عدمها، كما ويشار إلى الأشعة من النوع الأول باسم "الأشعة الكهرومغناطيسية" بينما يشار إلى الأشعة من النوع الثاني باسم "أشعة المادة".^[٢]

أشعة غاما

قبل التعرف على استخدامات أشعة غاما لا بد من التطرق إلى ماهية هذه الأشعة، حيث تمثل أشعة غاما نوعًا من أنواع الإشعاع الكهرومغناطيسي الذي يمتلك أقصر طول موجي وأعلى طاقة، وفي العادة يتم إنتاج أشعة غاما أثناء تفكك النوى الذرية المشعة وتحلل الجزيئات دون الذرية، وتشتمل مناطق أشعة غاما والأشعة السينية في الطيف الكهرومغناطيسي على بعض التداخل في الطول الموجي، وتمتلك إشعاعات أشعة غاما أطوال موجية تكون عمومًا أقصر من بضعة أعشار من الأنجستروم الذي يعادل ^10-10 مترًا، كما وتمتلك فوتونات أشعة غاما طاقات أكبر من عشرات الآلآف وحدة إلكترون فولت ev، ولا يوجد حد أعلى نظري لطاقات فوتونات أشعة غاما كما لا يوجد حد أدنى لطول موجات أشعة غاما، ويمتد نطاق الطاقات المرصودة حاليًا إلى ما يصل إلى بضعة تريليونات من وحدة الإلكترون فولت ويتم إنتاج هذه الفوتونات عالية الطاقة في مصادر فلكية من خلال آليات غير معروفة حاليًا.^[٣]

اكتشاف أشعة غاما

قبل الحديث أيضًا عن استخدامات أشعة غاما، يمكن الحديث عن اكتشافها؛ إذ تم رصد أشعة غاما لأول مرة في عام 1900 ميلادي من قبل العالم الفرنسي بول فيلارد وتم ذلك أثناء تفحصه للإشعاعات الصادرة من عنصر الراديوم المشع وفقًا للوكالة الأسترالية للحماية من الإشعاع والسلامة النووية، وبعد عدة سنوات اقترح العالم الكيميائي والفيزيائي المولود في نيوزيلندا إرنست رذرفورد إطلاق اسم "أشعة غاما" على هذه الأشعة، وترجع أصل هذه التسمية الى أحرف الأبجدية الإغريقية، حيث يعد غاما الحرف الثالث في حروف الأبجدية الإغريقية، وقد تم إطلاق هذا الاسم على الأشعة للدلالة على ترتيب اكتشاف هذه الاشعة بعد أشعة ألفا وأشعة بيتا.^[٤]

استخدامات أشعة غاما

من المعروف أن الإشعاعات الكهرومغناطيسية ذات التردد العالي تسبب أنواعًا من السرطان بالإضافة الى عدد من المشاكل الطبية الأخرى، ولكن إذا ما طبقت استخدامات أشعة غاما في ظروف خاضعة للرقابة فإنه يمكن الاستفادة منها في عدد من المجالات، وتلخص النقاط الآتية أبرز استخدامات أشعة غاما:^[٥]

استخدامات أشعة غاما في تطبيقات العلاج الطبي

تعمل أشعة غاما على تأيين الأنسجة الحية مسببة السرطانات عن طريق إنتاج الجذور الحرة، ومع ذلك فإن أشعة غاما تقتل البكتيريا والخلايا السرطانية أيضًا، وتدخل استخدامات أشعة غاما في تطبيقات العلاج الطبي لقتل أنواع معينة من السرطان في إجراء متحكم به، بحيث يتم استخدام حزم متعددة مركزة من أشعة غاما والتي تركز مباشرة على الورم لقتل الخلايا السرطانية مع مراعاة عدم التأثير على الخلايا السليمة المحيطة وإصابتها بأي أذى، كما وتدخل استخدامات أشعة غاما في المجال الطبي كمعقم للمعدات الطبية حيث يتم استخدامها كبديل للمواد الكيميائية.

استخدامات أشعة غاما في تطبيقات التشخيص الطبي

على غرار الموجات الكهرومغناطيسية الأخرى يمكن أن تنبعث أشعة غاما ضمن نطاقات مختلفة، وقد تنبعث أشعة غاما على نفس نطاق الطاقة التي تنبعث عليها الأشعة السينية، وتكمن أحد استخدامات أشعة غاما في تطبيقات التشخيص الطبي في استخدامها كأداة تشخيصية، حيث يتم حقن المريض بأيزومر نووي يسمى technetium-99m وهو جهاز تتبع إشعاعي يصدر أشعة غاما، ثم يتم استخدام كاميرا لرصد أشعة غاما وتشكيل صورة لتوزيع التتبع في الجسم عن طريق رسم خرائط لأشعة غاما، ويمكن استخدام هذه الصورة لتشخيص عدد من الحالات مثل توزيع الخلايا السرطانية وتشوهات الدماغ والقلب والأوعية الدموية.

استخدامات أشعة غاما في التطبيقات الصناعية

تدخل استخدامات أشعة غاما في المجال الصناعي في اكتشاف عيوب السبائك المعدنية وفي العثور على النقاط الضعيفة في الهياكل الملحومة، ففي عملية تعرف باسم الأشعة الصناعية يتم قصف أجزاء من الهياكل بأشعة غاما التي تمر بأمان عبر المعدن ثم يتم رصد المعدن بواسطة كاميرات غاما المحمولة التي تظهر نقاط الضعف في الهيكل على شكل نقاط سوداء في الصورة الفوتوغرافية، كما وتدخل استخدامات أشعة غاما أيضًا في فحص أمتعة الشحن في المطارات.

استخدامات أشعة غاما في تطبيقات صناعة المواد الغذائية

تدخل استخدامات أشعة غاما في تطبيقات صناعة المواد الغذائية للحفاظ على الطعام بنفس الطريقة التي تستخدم بها لتعقيم المعدات الطبية حيث إنّ هذه الإشعاعات تسبب قتل البكتيريا، بحيث تنتج مادة الكوبالت 60 التي تضاف للمواد الغذائية كميات منخفضة من إشعاع غاما مما يسمح لها بقتل البكتيريا والحشرات والخميرة دون التسبب في جرعة مميتة من هذه الإشعاعات للبشر، كما تمنع هذه العملية فساد الفواكه والخضروات ونضجها بشكل زائد، بينما لا تتسبب في أي تغييرات كبيرة في محتوى الطعام.

مصادر أشعة غاما

بعد التعرف على استخدامات أشعة غاما لا بد من التطرق الى مصادر هذه الإشعة، وإشعاعات غاما أو أشعة غاما هي فوتونات عالية الطاقة تنبعث من التحلل الإشعاعي للنواة الذرية، وهناك العديد من المصادر الطبيعية لإشعاع غاما التي تلخصها النقاط الآتية :^[٦]

• تحلل غاما: وينتج عن إطلاق أشعة غاما من النظائر المشعة الطبيعية يتبعه اطلاق أشعة ألفا أو بيتا.
• تدمير المادة المضادة: يقوم الإلكترون والبوزيترون بإبادة بعضهما وينتج عن ذلك إطلاق أشعة غاما عالية الطاقة.
• البرق: تنتج الإلكترونات المتسارعة الصادرة من البرق ما يطلق عليه وميض أشعة غاما الأرضية.
• التوهجات الشمسية: يطلق التوهج الشمسي إشعاعات الطيف الكهرومغناطيسي بما في ذلك إشعاع غاما.
• رشقات أشعة غاما: ينتج تفاعل نجم نيوتروني مع ثقب أسود رشقات نارية شديدة من إشعاعات غاما.
• المصادر الفلكية الأخرى: قد ينطلق إشعاع غاما من النجوم النابضة والمغناطيسات والكوازارات والمجرات.

الآثار السلبية لأشعة غاما

بعد التعرف على أبرز استخدامات أشعة غاما لا بد من التطرق الى الآثار السلبية لهذه الأشعة، حيث تنتج الإشعاعات النووية من بعض العناصر المشعة أثناء تحللها، ويعد إشعاع غاما من الإشعاعات المؤينة مما يعني أنه لديه ما يكفي من الطاقة الكافية لكسر الروابط في المواد الوراثية والمكونات الهيكلية للخلايا والجزيئات البيولوجية الأخرى، ولهذا السبب يمكن أن يسبب التعرض لأشعة غاما عددًا من الآثار السلبية على الصحة بعضها يتراكم بمرور الوقت وبعضها الآخر حاد وتتمثل أضرار أشعة غاما فيما يأتي:^[٧]

الأعراض الناتجة عن التعرض للإشعاع بنسب ضئيلة

إذا تعرض جسم الإنسان لجرعات صغيرة أو صغيرة جدًا من أشعة غاما بشكل مستمر لبعض الوقت فقد يصاب بحالة خفيفة من التسمم الإشعاعي، وفي حين أن الإشعاع قادر على قتل أي خلية جسدية فإن أكثر الخلايا حساسية هي الأسرع نموًا حيث إن مادتها الوراثية حساسة بشكل أكبر، ونتيجة لذلك من الأرجح أن تتأثر خلايا الجلد والشعر والجهاز الهضمي أولًا بالتعرض للإشعاع، كما وتشمل أعراض التسمم بالإشعاع الخفيف الغثيان والقيء وتتتطور إلى الضعف العام والتعب بعد عدة أسابيع.

الأعراض الناتجة عن التعرض للإشعاع بنسب كبيرة

إذا تعرض جسم الإنسان إلى جرعات كبيرة من أشعة غاما سواء كان ذلك بشكل مباشر أو بشكل متراكم عبر الوقت فهذا يؤدي الى ظهور أعراض أكثر حدة قد تشمل الإسهال والصداع وفقدان الشعر والحروق الجلدية، وتشير دراسة نشرت عام 2007 إلى أن الإشعاع الحاد يمكن أن يؤدي إلى الوفاة إما على الفور أو في غضون أشهر، وتشير هذه الدراسة إلى أن الوفيات الناجمة عن الإشعاع تعزى عمومًا إلى فشل النخاع العظمي نظرًا لأن نخاع العظم مثل الجلد يحتوي على خلايا سريعة الانقسام وبذلك يكون عرضة لضرر الإشعاع بشكل أكبر، ويعد نخاع العظم مسؤولًا عن إنتاج كل من خلايا الدم الحمراء والبيضاء، ويؤدي فشل نخاع العظم في إنتاج خلايا الدم بشكل صحيح الى الوفاة.

أمراض السرطان

حتى لو تعافى الأشخاص الذين تعرضوا لأشعة غاما من الأعراض السلبية الحادة والمزمنة الناتجة عن الإشعاع فان هؤلاء الاشخاص معرضون لخطر متزايد للإصابة بالسرطان، وفي حين أن خلايا الجسم التي تنقسم ببطء لا تكاد تكون عرضة للإشعاع كتلك التي تنقسم بسرعة أكبر إلا أن مادتها الجينية يمكن أن تتضرر من الإشعاع، على هذا النحو عندما تنقسم الخلايا قد تحتوي الخلايا الناتجة على نسخ تالفة من المادة الوراثية والتي تنتقل بعد ذلك إلى الجيل التالي من الخلايا وهكذا، وبمرور الوقت يمكن أن يؤدي تكاثر المادة الوراثية المعيبة إلى تكوين كتلة خلوية شاذة لا تعمل مثل الأنسجة الطبيعية وقد تنقسم بسرعة مشكلة الورم الذي قد يكون سرطانيا وينتشر في جميع أنحاء الجسم.

انفجارات أشعة غاما

انفجارات أشعة غاما هي انفجارات عملاقة في مجرات بعيدة ترسل أسرابًا هائلة من أشعة غاما التي تحمل طاقة قوية، وتشع النجوم والمستعرات العظمى وغيرها من الأجسام الموجودة في الفضاء طاقتها في أشكال مختلفة من الضوء بما في ذلك الضوء المرئي والأشعة السينية وأشعة غاما والأمواج الراديوية والنيوتريونات، وعلى سبيل المثال تركز رشقات أشعة غاما طاقتها على طول موجة محدد ونتيجة لذلك فهي بعض من أقوى الأحداث في الكون والانفجارات التي تنشأ عنها قوية للغاية، كما يمكن أن ينتج عن تصادم كيانين ممغنطين للغاية مثل الثقوب السوداء أو النجوم النيوترونية إلى خلق نفاثات ضخمة تطلق الجسيمات النشطة والفوتونات والإشعاعات في الكون على مدى العديد من السنوات الضوئية.^[٨]

إشعاعات الفا وبيتا

تعد إشعاعات ألفا من الإشعاعات الأقل خطورة عند التعرض الخارجي لها، ومن الخصائص المميزة لهذه الأشعة بأنها لا تتغلغل بعمق في الجلد ويمكن للملابس العادية أن تحمي جسم الإنسان من هذه الجسيمات، ولسوء الحظ يمكن استنشاق جسيمات ألفا أو بلعها عادة في شكل غاز الرادون وبمجرد تناولها يمكن أن تكون جسيمات ألفا خطيرة للغاية ويمكن أن تسبب سرطان الرئة، أما جسيمات بيتا فهي أصغر بحوالي 8000 مرة من جسيم ألفا وهذا ما يجعلها أكثر خطورة، حيث يسمح لها حجمها الصغير باختراق الملابس والجلد، كما يمكن ان يؤدي التعرض الخارجي لأشعة بيتا إلى حروق وأضرار في الأنسجة، وفي حال دخلت المواد المشعة في الغذاء أو الماء أو كانت مشتتة في الهواء، فيمكن للأشخاص استنشاق أو ابتلاع جسيمات بيتا عن غير علم، ويؤدي التعرض الداخلي لجزيئات بيتا إلى أعراض أكثر حدة من التعرض الخارجي لها.^[٩]

الأشعة السينية

الأشعة السينية هي نوع من أنواع الإشعاع الكهرومغناطيسي الأكثر شهرة والتي تمتاز بقدرتها على الاختراق من خلال جلد الإنسان والكشف عن صور العظام تحته، كما أدى التقدم التكنولوجي إلى ظهور أشعة سينية أكثر قوة وتركيزًا بالإضافة إلى ظهور تطبيقات أكبر لهذه الموجات الضوئية بدءًا من تصوير الخلايا البيولوجية الشابة والمكونات الهيكلية لمواد مثل الإسمنت إلى قتل الخلايا السرطانية، ويتم تصنيف الأشعة السينية إلى أشعة سينية لينة وأشعة سينية صلبة، وتمتاز الأشعة السينية اللينة بأطوال موجية قصيرة نسبيًا تبلغ حوالي 10 نانومترات وبالتالي فإنها تقع ضمن نطاق الطيف الكهرومغناطيسي بين الأشعة فوق البنفسجية وأشعة غاما، أما الأشعة السينية الصلبة فتمتلك أطوال موجية تبلغ حوالي 100 بيكو متر، ويقع هذا النوع من الأشعة السينية صمن نفس نطاق الأشعة الكهرومغناطيسية الذي تتواجد فيه أشعة غاما، ويكمن الاختلاف الوحيد بينهما في المصدر حيث يتم إنتاج الأشعة السينية عن طريق تسريع الإلكترونات في حين يتم إنتاج أشعة غاما بواسطة النوى الذرية ضمن واحدة من أربعة تفاعلات نووية^[١٠]، وهي تفاعلات الاندماج والانشطار وانحلال ألفا وانحلال غاما.^[٤]

المراجع

1. ↑ "Electromagnetic spectrum", www.britannica.com, Retrieved 26-09-2019. Edited.
2. ↑ "Radiation", www.britannica.com, Retrieved 26-09-2019. Edited.
3. ↑ "Gamma ray", www.britannica.com, Retrieved 26-09-2019. Edited.
4. ^ ^{أ ب} "What Are Gamma-Rays?", www.livescience.com, Retrieved 26-09-2019. Edited.
5. ↑ "What Uses Do Gamma Rays Have?", www.sciencing.com, Retrieved 26-09-2019. Edited.
6. ↑ "Gamma Radiation Definition", www.thoughtco.com, Retrieved 26-09-2019. Edited.
7. ↑ "Gamma Radiation Effects", www.livestrong.com, Retrieved 26-09-2019. Edited.
8. ↑ "Should You Be Worried about Gamma-ray Bursts?", www.thoughtco.com, Retrieved 26-09-2019. Edited.
9. ↑ "How Radiation Sickness Works", science.howstuffworks.com, Retrieved 26-09-2019. Edited.
10. ↑ "What Are X-Rays?", www.livescience.com, Retrieved 26-09-2019. Edited.