آخر تحديث: 16/09/2021

ما هي أشعة غاما؟ وما استخدامتها؟

ما هي أشعة غاما؟ وما استخدامتها؟
أشعة غاما تسمى بالإشعاع الكهرومغناطيسي، وهي فوتونات تنبعث من العناصر المشعة وهي أشعة مؤينة ذات طاقة هائلة تنشأ من المادة، وكلما كان شكل الموجة أقصر، زادت القوة.
يعتمد الطول الموجي للإشعاع الكهرومغناطيسي على درجة إثارة الشحنة، ويتراوح الطيف الكهرومغناطيسي من الترددات المنخفضة والأطوال الموجية الكبيرة مثل تلك المستخدمة في الراديو، إلى الأطوال الموجية المتوسطة، مثل ترددات أشعة الضوء المرئية، إلى عالية الترددات.

حقائق علمية عن أشعة غاما

هي أعلى أنواع الضوء من حيث الطاقة.

  •  يمكنها اجتياز المعادن والعوائق الخرسانية.
  •  لها طاقات أعلى من الأشعة السينية، في بيئات النجوم المتفجرة، أو الفناء المزدوج للإلكترونات أو اضمحلال الذرات المشعة.
  •  يستخدمها الأطباء في جراحة الدماغ وفي القضاء على سرطانات الدماغ وغيرها من الأمراض.
  • يستخدم علماء الطب أحيانًا "شفرة أشعة جاما" وتتكون هذه الشفرة في الواقع من عدة حزم من أشعة جاما تركز على الخلايا المراد تدميرها.
  • نظرًا لأن كل حزمة صغيرة نسبيًا، فإنها لا تؤثر كثيرًا في أنسجة المخ السليمة، لكن كمية الإشعاع التي تركز عليها كافية لقتل الخلايا السرطانية.
  • نظرًا لأن الدماغ حساس جدًا، فإن شفرات أشعة جاما تكون مفضلة أكثر في علاج المواضع العادية في الجسم.
  • في عام 1900 عندما درس العلماء لأول مرة كيف يمكن أن تتشوه النوى الذرية، حددوا ثلاثة أنواع من الإشعاع بناءً على المدى الذي يمكن أن ينتقلوا فيه عبر حاجز مصنوع من الرصاص.
  • أطلق عليها إرنست رذرفورد اسمها بعد الأحرف الثلاثة الأولى من الأبجدية اليونانية: ألفا التي قفزت من حاجز الرصاص، وبيتا التي يمكن أن تتحرك قليلاً فوق عقبة، وغاما التي تجاوزت الحاجز.
  • اليوم شعاع ألفا هو في الواقع نفس نواة الهليوم (بروتونان واثنان من النيوترون)، وشعاع بيتا هو إما إلكترون أو بوزيترون، وأشعة جاما هي نوع من الضوء.
  •  التفاعلات النووية هي أحد المصادر الرئيسية لأشعة جاما.
  • عندما ينقسم قلب يورانيوم ويكون غير مستقر في عملية الانشطار النووي، فإنه يطلق أشعة غاما بوفرة.
  • يستخدم الانشطار في كل من المفاعلات النووية والرؤوس الحربية النووية.
  • قامت الولايات المتحدة بتركيب أجهزة كشف أشعة جاما على الأقمار الصناعية لمراقبة التجارب النووية في الستينيات.
  • وجدوا الانفجار أعلى بكثير مما توقعوه، كما أدرك علماء الفلك أخيرًا أن هذه الانفجارات كانت قادمة من الفضاء السحيق، وأطلقوا عليها "رشقات أشعة جاما".
  • انفجارات أشعة جاما تأتي في نوعين: تلك الناجمة عن انفجار النجوم شديدة الكتلة وتلك الناتجة عن تصادم النجوم النيوترونية مع بعضها البعض أو مع الثقوب السوداء.
  • يستخدم العلماء التلسكوبات الفضائية لأبحاث أشعة جاما.
  • يالكاد تصل أشعة جاما القادمة من الفضاء إلى الأرض إلى سطح الكوكب نتيجة تفاعلها مع الذرات الموجودة في الغلاف الجوي.
  • هذا مفيد لصحتنا، لكنه لا يسهل على أولئك الذين يتطلعون إلى دراسة انفجارات أشعة جاما.
  • لهذا السبب يريد علماء الفلك وضع التلسكوبات في الفضاء ومراقبة أشعة جاما قبل أن تعلق في الغلاف الجوي، وبالطبع، هذا أيضا له صعوباته.
  • على سبيل المثال، لا يمكن استخدام العدسات العادية أو المرايا لتركيز أشعة جاما لأن الأشعة تمر من خلالها.
  • بدلاً من ذلك، تسجل أجهزة مثل تلسكوب فيرمي الفضائي لأشعة جاما الإشارة المتولدة عندما تصطدم أشعة جاما بكاشف.
  • تأتي بعض أشعة جاما من البرق.
  • في التسعينيات، اكتشف المراقبون في الفضاء اندفاعات لأشعة جاما من الأرض، وكان من المفهوم أنها ناجمة عن عواصف رعدية.
  • عندما تتراكم الكهرباء الساكنة في السحب، فإنها تصدر صاعقة فجائية وتعمل هذه الكهرباء الساكنة كمسرع جسيمات عملاق، وتولد أزواجًا من الإلكترون والبوزيترون، وتتحول أزواج الجسيمات والجسيمات المضادة هذه إلى أشعة جاما مع "فنائها المزدوج".
  • تحدث هذه الانفجارات فقط على ارتفاعات يمكن أن تؤثر على الطائرات.
  • تصنع أشعة جاما (بشكل غير مباشر) الحياة على الأرض
  • تندمج نوى الهيدروجين معًا باستمرار في مركز الشمس وعندما يحدث هذا، فإن أحد المنتجات الثانوية تكون هي أشعة جاما.
  • تحافظ طاقة أشعة جاما على دفء مركز الشمس وتهرب بعض هذه الأشعة إلى الطبقات الخارجية للشمس وتفقد الطاقة عن طريق الاصطدام بالإلكترونات أو البروتونات.
  • عندما تفقد الطاقة، فإنها تتحول إلى الأشعة فوق البنفسجية أو الأشعة تحت الحمراء أو الضوء المرئي وبينما تحافظ الأشعة تحت الحمراء على دفء الأرض، فإن الضوء المرئي يسمح للنباتات على الأرض بالعيش.

مصادر أشعة غاما

 تنتج أشعة جاما عن تفاعلات نووية مختلفة مثل الاندماج والانشطار واضمحلال ألفا واضمحلال بيتا.

  •  الاندماج النووي تفاعل مهم تنتجه الشمس والنجوم، ويتطلب تكوينه تعريض أربعة بروتونات أو نوى هيدروجين.
  • درجة الحرارة والضغط الشديد هذا لإنتاج نواة هيليوم أصغر حجمًا وكتلة بنسبة 0.7٪ من حجم البروتونات الأربعة التي تدخل في عملية الاندماج، ثم تحويل فرق الكتلة إلى طاقة.
  • وفقًا لمعادلة أينشتاين الشهيرة (E = mc2) ينبعث ثلث الطاقة التي تولد أشعة جاما، ونفاد وقود الهيدروجين في المراحل النهائية للنجم، تكون عناصر كبيرة مثل الحديد أثناء عملية الاندماج، ولكن هذه التفاعلات تنتج كمية متناقصة من الطاقة في كل مرحلة.

استخدامات أشعة غاما

من المعروف أن الإشعاع الكهرومغناطيسي عالي التردد يسبب أنواعًا من السرطان بالإضافة إلى عدد من المشاكل الطبية الأخرى، ولكن إذا تم تطبيق استخدامات أشعة جاما في ظل ظروف خاضعة للرقابة، فيمكن استخدامها في عدد من المجالات، وتلخص النقاط التالية أبرز استخداماتها:

  • تقتل البكتيريا والخلايا السرطانية وتستخدم في تطبيقات العلاج الطبي لقتل بعض أنواع السرطان.
  • في إجراء خاضع للرقابة، يتم استخدام عدد كبير من حزم أشعة جاما المركزة التي تركز بشكل مباشر على الورم لقتل الخلايا السرطانية، ولا تؤثر على الخلايا السليمة المحيطة وتسبب لها أي ضرر.
  • من استخدامات أشعة جاما في المجال الطبي، تكون كمعقم للأجهزة الطبية حيث تستخدم كبديل للمواد الكيميائية.
  • يتم استخدامها في تطبيقات التشخيص الطبي مثل الموجات الكهرومغناطيسية الأخرى.
  • يمكن أن تنبعث على فترات مختلفة ويمكن أن تنبعث في نفس نطاق الطاقة مثل الأشعة السينية، ويكمن أحد استخدامات أشعة جاما في تطبيقات التشخيص الطبي.
  • يُحقن المريض بأيزومر نووي يسمى التكنيتيوم -99 م، وهو متتبع إشعاعي ينبعث من أشعة جاما، ثم تُستخدم الكاميرا لإنشاء صورة لتتبع أشعة جاما بالداخل.
  • من خلال رسم خرائط أشعة جاما للجسم يمكن استخدام هذه الصورة لتشخيص مجموعة من الحالات مثل تشوهات الخلايا السرطانية في الدماغ والقلب والأوعية الدموية.
  • تستخدم في المجال الصناعي لاكتشاف العيوب في السبائك المعدنية ولإيجاد نقاط ضعف في الهياكل الملحومة.
  • في عملية تعرف باسم الأشعة الصناعية، يتم قصف أجزاء من الهياكل بجاما، ويتم مراقبة مرور الشعاع بأمان عبر المعدن ثم يتم مراقبته بواسطة كاميرات جاما المحمولة التي تظهر نقاط ضعف هيكلية على شكل نقاط سوداء في الصورة.
  • كما يتم تضمين استخدامات أشعة جاما في فحص الأمتعة في المطارات.
  • تستخدم في تطبيقات الصناعات الغذائية للحفاظ على الغذاء حيث يتم استخدامها لتعقيم المعدات الطبية لأن هذا الإشعاع يقتل البكتيريا، وبالتالي ينتج كوبالت 60 مضافًا إلى المواد الغذائية.
  • كميات قليلة منها تسمح بقتل البكتيريا والحشرات والخميرة دون التسبب في جرعة قاتلة من الإشعاع للإنسان، وهذه العملية تمنع تلف الفواكه والخضروات ونضجها بشكل مفرط بينما لا تسبب أي تغيير كبير في محتوى الغذاء.
وهكذا تكونوا تعرفتم على أهم وأشهر استخدامات أشعة غاما التي تؤثر بشكل إيجابي على البيئة، وكذلك قدمنا مجموعة من أكبر الحقائق العلمية بخصوصها ومتى تم اكتشافها وكيف يتم إصدارها.

للإستفادة من هذا المقال انسخ الرابط