نيوكليد مشع
النيوكليد المشع radionuclide (النيوكليد الإشعاعي radioactive nuclide، النظير المشع radioisotope أوالنظير 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؛ الانتنطق إلى أحد إلكتروناتها ليتم إطلاقها على هيئة إلكترون متحول؛ أوتستخدم لخلق وبث جزيء حديث (جزيء ألفا أوجزيء بيتا) من النوية. أثناء هذه العمليات، ينطق حتى النيوكليد المشعقد يكون خاضعاً للإضمحلال الإشعاعي. 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 حديث والذي قد يحدث خاضعاً لإضمحلال آخر. الاضمحلال المشع هوعملية على مستوى الذرات المفردة: وهوعملية يمكن التنبؤ بها عندما توشك إحدى الذرات المعينة على الاضمحلال . 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 أواصطناعياً في المفاعلات النووية، المسرعات الدورانية، مسرعات الجسيمات أومولدات 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 أوكنيوكليدات 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 حتى تتواجد كنيوكليدات مشعة. حتى أخف العناصر، الهيدروجين، لديه نيوكليد مشع شهير، التريتيوم. العناصر الأثقل من الرصاص، وعنصري التكنتيوم والپرومثيوم تتواجد فقط كنيوكليدات مشعة.
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 أوابتلاع)، 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 أوالعلاج.
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.
ويخط رمز النوكليد (نواة الذرة لعنصر) X كالآتي:
- '"`UNIQ--postMath-00000001-QINU`"', وعلى سبيل المثال :
- '"`UNIQ--postMath-00000002-QINU`"'
هذه هي نواة ذرة الكوبلت-60 أوبطريقة أسهل :
- 60Co أو Co-60.
وكل نظير مشع يتميز بنشاط إشعاعي وعمر النصف ، ونوع الأشعة التي يصدرها من خلال نشاطه الإشعاعي ، وطاقة جميع 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:
- نظائر مشعة أساسية primordial radionuclides مثل اليورانيوم-233 واليورانيوم-235 واليورانيوم-238 وهي توجد في الطبيعة بنسب مختلفة. كذلك توجد نظائر الثوريوم طبيعيا ومنها الثوريوم-232 والثوريوم-234 وتأتي جزء منها من باطن النجوم ولان عمرها طويل فهي لا زالت موجودة.
- نظائر مشعة ثانوية secondary radionuclides تنشق من النظائر المشعة الأساسية ويكون عمرها أقصر.
- نظائر مشعة كونية cosmogenic radionuclide تنشأ بشكل متواصل في الجوالمحيط بسبب الاشعة الكونية، مثال ذلك كربون-14. وكذلك تتولد النظائر الثقيلة في المستعرات العظمى وتنتشر في الفضاء.
الطبيعية
الانشطار النووي
الاصطناعية
يمكن تحضير النظائر صناعيا بواسطة التفاعلات النووية لاستخدامها في الطب والصناعة والمراكز الفهمية. يجري ذلك في معجلات الجسيمات أوفي مولدات النظائر المشعة في مفاعل نووي صغير. وتتمثل مخاطر النظائر المشعة في تلويث البيئة اشعاعيا إذا ما تسربت بشكل أوبآخر إلى الجوالمحيط 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 جميع الدول وتضعها من ضمن قوانينها المدنية (أنظر قوانين الوقاية من الإشعاع).
الاستخدامات
تستخدم النظائر المشعة في مجالات عديدة منها:
- اقتفاء سير التفاعلات الكيميائية ودراسة تحركها.
- 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.
- في الطب مثل علاج إشعاعي وعلاج باليود المشع ومعالجة الأورام السرطانية وذلك من خلال إعطاء المريض مادة مشعة تقضي على الورم.
- في تقدير عمر الأمور القديمة فقد قدر عمر الأرض من فهم معدل الاشعاع في اليورانيوم والرصاص. كما قدرت أعمار الأمم البائدة وذلك من الاشعاع الناتج من الكربون-14 المتبقي على بترة خشب أوقماش 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 أبرز 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 أوديوتريوم |
| 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
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
- قائمة النيوكليدات تظهر النيوكليدات المشعة ذات عمر نصفي > 1 ساعة
- Hyperaccumulators table – 3
- النشاط الإشعاعي في فهم الأحياء
- تأريخ إشعاعي
- Radionuclide cisternogram
- استخدام النشاط الإشعاعي في آبار النفط والغاز
الهوامش
- ^ R.H. Petrucci, W.S. Harwood and F.G. Herring, General Chemistry (8th ed., Prentice-Hall 2002), p.1025–26
- ^ "Decay and Half Life". Retrieved 2009-12-14.
- ^ Stabin, Michael G. (2007). "3". Radiation Protection and Dosimetry: An Introduction to Health Physics. Springer. doi:10.1007/978-0-387-49983-3. ISBN .
- ^ Best, Lara; Rodrigues, George; Velker, Vikram (2013). "1.3". Radiation Oncology Primer and Review. Demos Medical Publishing. ISBN .
- ^ Loveland, W.; Morrissey, D.; Seaborg, G.T. (2006). Modern Nuclear Chemistry. Wiley-Interscience. p. 57. ISBN .
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 .
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 .
وصلات خارجية
 |
مشاع الفهم فيه ميديا متعلقة بموضوع Radioactive isotopes. |
- EPA – Radionuclides – EPA's Radiation Protection Program: Information.
- FDA – Radionuclides – FDA's Radiation Protection Program: Information.
- Interactive Chart of Nuclides – A chart of all nuclides
- National Isotope Development Center – U.S. Government source of radionuclides – production, research, development, distribution, and information
- The Live Chart of Nuclides – IAEA
