الإشعاع المؤين

📅 آخر تحديث: ١ أغسطس ٢٠٢٦
✍️ نُشر في: ١ أغسطس ٢٠٢٦
📷 يحتوي على 14 صور
الموسوعة الحرة
رمز تحذير من الإشعاع المؤين

الإشعاع المؤين ، أو الإشعاع المؤين ، يتكون من جسيمات دون ذرية أو موجات كهرومغناطيسية تمتلك طاقة كافية لكل فوتون أو جسيم لتأيين الذرات أو الجزيئات عن طريق فصل الإلكترونات عنها. [ 1 ] يمكن لبعض الجسيمات أن تسافر بسرعة تصل إلى 99% من سرعة الضوء ؛ وتقع موجاتها الكهرومغناطيسية في الجزء عالي الطاقة من الطيف الكهرومغناطيسي .

أشعة غاما ، والأشعة السينية ، والجزء ذو الطاقة العالية من الأشعة فوق البنفسجية في الطيف الكهرومغناطيسي هي إشعاعات مؤينة. أما الأشعة فوق البنفسجية ذات الطاقة المنخفضة، والضوء المرئي ، والأشعة تحت الحمراء ، والموجات الميكروية ، وموجات الراديو فهي إشعاعات غير مؤينة . وجميع أنواع ضوء الليزر تقريبًا هي إشعاعات غير مؤينة.

لا يمكن تحديد الحد الفاصل بين الإشعاع المؤين وغير المؤين في منطقة الأشعة فوق البنفسجية بدقة، إذ تتأين الجزيئات والذرات المختلفة عند طاقات مختلفة . وتبدأ طاقة الإشعاع المؤين عند حوالي 10 إلكترون فولت (eV). [ 2 ] 

تشمل الجسيمات دون الذرية المؤينة جسيمات ألفا ، وجسيمات بيتا ، والنيوترونات . تتكون هذه الجسيمات نتيجة التحلل الإشعاعي ، ومعظمها يمتلك طاقة كافية للتأين. كما توجد جسيمات كونية ثانوية تنتج بعد تفاعل الأشعة الكونية مع الغلاف الجوي للأرض، بما في ذلك الميونات ، والميزونات ، والبوزيترونات . [ 3 ] [ 4 ] قد تُنتج الأشعة الكونية أيضًا نظائر مشعة على الأرض (مثل الكربون-14 )، والتي بدورها تتحلل وتُصدر إشعاعًا مؤينًا. تُعد الأشعة الكونية وتحلل النظائر المشعة المصادر الرئيسية للإشعاع المؤين الطبيعي على الأرض، مما يُساهم في الإشعاع الخلفي . كما يُنتج الإشعاع المؤين صناعيًا بواسطة أنابيب الأشعة السينية ، ومُسرّعات الجسيمات ، والانشطار النووي .

لا يمكن الكشف عن الإشعاع المؤين مباشرةً بالحواس البشرية، لذا تُستخدم أجهزة مثل عدادات جايجر للكشف عنه وقياسه. مع ذلك، يمكن للجسيمات ذات الطاقة العالية جدًا أن تُحدث آثارًا مرئية على كلٍ من المواد العضوية وغير العضوية (مثل برق الماء في إشعاع تشيرينكوف ) أو على البشر (مثل متلازمة الإشعاع الحادة ). [ 5 ]

يُستخدم الإشعاع المؤين في مجالات متنوعة كالطب والطاقة النووية والبحوث والتصنيع، ولكنه يُشكل خطراً صحياً إذا لم تُتخذ التدابير اللازمة للوقاية من التعرض المفرط له. يُسبب التعرض للإشعاع المؤين تلفاً في خلايا الأنسجة الحية وأعضاء الجسم . وفي الجرعات العالية الحادة، يُؤدي إلى حروق إشعاعية ومرض الإشعاع ، بينما قد تُسبب الجرعات المنخفضة على مدى فترات طويلة الإصابة بالسرطان . [ 6 ] [ 7 ] تُصدر اللجنة الدولية للحماية من الإشعاع (ICRP) إرشادات حول الحماية من الإشعاع المؤين، وتأثيرات الجرعة المُمتصة على صحة الإنسان.

الإشعاع المؤين المباشر

يتكون إشعاع ألفا ( α ) من نواة هيليوم-4 ( ⁴He ) سريعة الحركة ، ويتوقف عند وضع ورقة. أما إشعاع بيتا ( β )، المكون من إلكترونات ، فيتوقف عند وضع صفيحة من الألومنيوم. بينما يُمتص إشعاع غاما ( γ )، المكون من فوتونات عالية الطاقة، عند اختراقه مادة كثيفة. ويتكون إشعاع النيوترون ( n ) من نيوترونات حرة تُحجب بواسطة عناصر خفيفة، مثل الهيدروجين، التي تُبطئها أو تلتقطها. (غير موضحة: الأشعة الكونية المجرية التي تتكون من نوى مشحونة عالية الطاقة، مثل البروتونات ونوى الهيليوم ، بالإضافة إلى نوى عالية الشحنة تُسمى أيونات HZE) .
تُستخدم غرف السحب لتصوير الإشعاع المؤين. تُظهر هذه الصورة مسارات الجسيمات التي تؤين الهواء المشبع وتترك أثراً من بخار الماء.

يمكن تصنيف الإشعاع المؤين إلى إشعاع مؤين بشكل مباشر أو غير مباشر.

يمكن لأي جسيم مشحون ذي كتلة أن يؤين الذرات مباشرةً من خلال التفاعل الأساسي عبر قوة كولوم إذا امتلك طاقة حركية كافية. تشمل هذه الجسيمات نوى الذرات ، والإلكترونات ، والميونات ، والبيونات المشحونة ، والبروتونات ، والنوى المشحونة عالية الطاقة التي فقدت إلكتروناتها. عند تحركها بسرعات نسبية (قريبة من سرعة الضوء ، c)، تمتلك هذه الجسيمات طاقة حركية كافية للتأيين، ولكن هناك تباينًا كبيرًا في السرعة. على سبيل المثال، يتحرك جسيم ألفا النموذجي بسرعة تقارب 5% من c ، بينما يتحرك الإلكترون ذو طاقة 33  إلكترون فولت (وهي كافية للتأيين) بسرعة تقارب 1% من c .

اثنان من أوائل أنواع الإشعاع المؤين المباشر التي تم اكتشافها هما جسيمات ألفا وهي نوى الهيليوم التي تنبعث من نواة الذرة أثناء التحلل الإشعاعي، والإلكترونات النشطة التي تسمى جسيمات بيتا .

تتكون الأشعة الكونية الطبيعية بشكل أساسي من بروتونات نسبية، ولكنها تشمل أيضًا نوى ذرية أثقل مثل أيونات الهيليوم وأيونات HZE . في الغلاف الجوي، غالبًا ما تتوقف هذه الجسيمات بفعل جزيئات الهواء، مما ينتج عنه بيونات مشحونة قصيرة العمر، والتي تتحلل سريعًا إلى ميونات، وهي نوع رئيسي من إشعاع الأشعة الكونية الذي يصل إلى سطح الأرض. كما يمكن إنتاج البيونات بكميات كبيرة في مسرعات الجسيمات .

جسيمات ألفا

تتكون جسيمات ألفا (α) من بروتونين ونيوترونين مرتبطين معًا لتكوين جسيم واحد: نواة الهيليوم -4 . وتنتج انبعاثات جسيمات ألفا عمومًا في عملية تحلل ألفا .

تُعدّ جسيمات ألفا شكلاً قوياً من أشكال الإشعاع المؤين، ولكن عند انبعاثها نتيجة التحلل الإشعاعي، يكون اختراقها ضعيفاً، ويمكن امتصاصها بواسطة بضعة سنتيمترات من الهواء، أو بواسطة الطبقة العليا من جلد الإنسان. أما جسيمات ألفا الأقوى الناتجة عن الانشطار الثلاثي ، فهي ذات طاقة أعلى بثلاث مرات، وتخترق الهواء لمسافة أبعد نسبياً. كما أن نوى الهيليوم، التي تُشكّل 10-12% من الأشعة الكونية، عادةً ما تكون ذات طاقة أعلى بكثير من تلك الناتجة عن التحلل الإشعاعي، وتُشكّل تحديات في الحماية من الإشعاع في الفضاء. مع ذلك، يمتص الغلاف الجوي للأرض هذا النوع من الإشعاع بشكل كبير، وهو بمثابة درع إشعاعي يُعادل سمكه حوالي 10 أمتار من الماء. [ 8 ]

أطلق إرنست رذرفورد اسم جسيم ألفا على هذا الجسيم نسبةً إلى الحرف الأول من الأبجدية اليونانية ، ألفا ، عندما رتب الانبعاثات الإشعاعية المعروفة تنازليًا حسب تأثيرها المؤين في عام 1899. رمزه α أو α²⁺ . ولأنه مطابق لنوى الهيليوم ، يُطلق عليه أيضًا He²⁺ أو ⁴²He²⁺يشير هذا إلى ذرة هيليوم بشحنة + 2e (ناقصة إلكترونين). إذا اكتسبت الأيون إلكترونات من محيطها، فيمكن كتابة جسيم ألفا على شكل ذرة هيليوم عادية (متعادلة كهربائيًا) 4 2 He . 

جسيمات بيتا

جسيمات بيتا (β) هي إلكترونات أو بوزيترونات عالية الطاقة والسرعة تنبعث من أنواع معينة من النوى المشعة ، مثل البوتاسيوم-40 . يُطلق على إنتاج جسيمات بيتا اسم تحلل بيتا . يوجد نوعان من تحلل بيتا، β− و β + ، ينتج عنهما على التوالي الإلكترون والبوزيترون. [ 9 ] جسيمات بيتا أقل اختراقًا بكثير من أشعة جاما، ولكنها أكثر اختراقًا من جسيمات ألفا.

قد تُنتج جسيمات بيتا عالية الطاقة أشعة سينية تُعرف باسم إشعاع الكبح (bremsstrahlung ) أو إلكترونات ثانوية ( أشعة دلتا ) أثناء مرورها عبر المادة. يُمكن لكليهما إحداث تأثير تأين غير مباشر. يُعدّ إشعاع الكبح مصدر قلق عند حماية مصادر انبعاث بيتا، إذ ينتج عن تفاعل جسيمات بيتا مع بعض مواد الحماية هذا الإشعاع. ويكون التأثير أكبر مع المواد ذات الأعداد الذرية العالية، لذا تُستخدم مواد ذات أعداد ذرية منخفضة لحماية مصادر بيتا.

البوزيترونات وأنواع أخرى من المادة المضادة

البوزيترون، أو الإلكترون المضاد، هو الجسيم المضاد أو نظير المادة المضادة للإلكترون . عندما يصطدم بوزيترون منخفض الطاقة بإلكترون منخفض الطاقة، يحدث فناء ، مما يؤدي إلى تحولهما إلى طاقة فوتونين أو أكثر من أشعة غاما (انظر فناء الإلكترون-بوزيترون ). ولأن البوزيترونات جسيمات موجبة الشحنة، فإنها تستطيع تأيين الذرة مباشرةً من خلال تفاعلات كولوم.

يمكن توليد البوزيترونات عن طريق انبعاث البوزيترونات من خلال التحلل النووي (عبر تفاعلات ضعيفة )، أو عن طريق إنتاج أزواج من فوتون ذي طاقة كافية . تُعد البوزيترونات مصادر اصطناعية شائعة للإشعاع المؤين المستخدم في فحوصات التصوير المقطعي بالإصدار البوزيتروني (PET) الطبية.

النوى المشحونة

تُعدّ النوى المشحونة سمة مميزة للأشعة الكونية المجرية وأحداث الجسيمات الشمسية، وباستثناء جسيمات ألفا (نوى الهيليوم المشحونة)، ليس لها مصادر طبيعية على الأرض. في الفضاء، يمكن إيقاف البروتونات عالية الطاقة، ونوى الهيليوم، وأيونات HZE مبدئيًا بواسطة طبقات رقيقة نسبيًا من الدروع أو الملابس أو الجلد. مع ذلك، يُولّد التفاعل الناتج إشعاعًا ثانويًا ويُسبب آثارًا بيولوجية متسلسلة. على سبيل المثال، إذا أُزيحت ذرة واحدة فقط من النسيج بواسطة بروتون عالي الطاقة، فسيؤدي التصادم إلى مزيد من التفاعلات في الجسم. يُسمى هذا " نقل الطاقة الخطي " (LET)، والذي يعتمد على التشتت المرن .

يمكن تصور انتقال الطاقة الخطي (LET) على أنه اصطدام كرة بلياردو بأخرى وفقًا لقانون حفظ الزخم ، مما يؤدي إلى ابتعاد كلتيهما مع توزيع طاقة الكرة الأولى بينهما بشكل غير متساوٍ. عندما تصطدم نواة مشحونة بنواة بطيئة الحركة نسبيًا لجسم في الفضاء، يحدث انتقال الطاقة الخطي، وتنطلق النيوترونات وجسيمات ألفا والبروتونات منخفضة الطاقة ونوى أخرى نتيجةً للتصادمات، مما يساهم في الجرعة الإشعاعية الكلية التي يمتصها النسيج. [ 10 ]

الإشعاع المؤين غير المباشر

الإشعاع المؤين بشكل غير مباشر متعادل كهربائياً ولا يتفاعل بقوة مع المادة، وبالتالي فإن الجزء الأكبر من تأثيرات التأين يرجع إلى التأين الثانوي.

إشعاع الفوتون

أنواع مختلفة من الإشعاع الكهرومغناطيسي
معامل الامتصاص الكلي للرصاص (العدد الذري 82) لأشعة غاما، مُرسمًا بيانيًا مقابل طاقة غاما، ومساهمات التأثيرات الثلاثة. يهيمن التأثير الكهروضوئي عند الطاقات المنخفضة، ولكن فوق 5  ميغا إلكترون فولت، يبدأ إنتاج الأزواج بالهيمنة.

على الرغم من أن الفوتونات متعادلة كهربائيًا، إلا أنها قادرة على تأيين الذرات بشكل غير مباشر من خلال التأثير الكهروضوئي وتأثير كومبتون . يتسبب أي من هذين التفاعلين في انبعاث إلكترون من الذرة بسرعات نسبية، محولًا إياه إلى جسيم بيتا (ثانوي) يقوم بدوره بتأيين ذرات أخرى. وبما أن معظم الذرات المتأينة ناتجة عن جسيمات بيتا الثانوية ، فإن الفوتونات تُعد إشعاعًا مؤينًا بشكل غير مباشر. [ 11 ]

تُسمى الفوتونات المُشعّة أشعة غاما إذا نتجت عن تفاعل نووي ، أو تحلل جسيم دون ذري ، أو تحلل إشعاعي داخل النواة. وتُسمى أشعة سينية إذا نتجت خارج النواة. ويُستخدم مصطلح "فوتون" لوصف كليهما. [ 12 ] [ 13 ] [ 14 ]

تتميز الأشعة السينية عادةً بطاقة أقل من أشعة غاما، وكان من المتعارف عليه سابقًا تحديد الحد الفاصل بينهما عند طول موجي يبلغ 10⁻¹¹ متر (أو طاقة فوتون تبلغ 100  كيلو إلكترون فولت). [ 15 ] وقد نتج هذا الحد عن القيود التاريخية لأنابيب الأشعة السينية القديمة وقلة الوعي بالانتقالات المتساوية الطاقة . وقد أظهرت التقنيات والاكتشافات الحديثة تداخلًا بين طاقات الأشعة السينية وأشعة غاما. وفي العديد من المجالات، تتطابق هاتان الطاقتان وظيفيًا، ولا يختلفان في الدراسات الأرضية إلا في مصدر الإشعاع. أما في علم الفلك، حيث يصعب في كثير من الأحيان تحديد مصدر الإشعاع بدقة، فقد تم الحفاظ على التقسيم القديم للطاقة، حيث تُعرَّف الأشعة السينية بأنها تتراوح طاقتها بين 120 إلكترون فولت  و120  كيلو إلكترون فولت تقريبًا، بينما تُعرَّف أشعة غاما بأنها أي طاقة أعلى من 100 إلى 120  كيلو إلكترون فولت، بغض النظر عن المصدر. من المعروف أن معظم " أشعة جاما " الفلكية لا تنشأ من النشاط الإشعاعي، بل تنتج عن عمليات مثل تلك التي تنتج الأشعة السينية الفلكية، باستثناء أنها مدفوعة بإلكترونات ذات طاقة أعلى بكثير.

يُعدّ الامتصاص الكهروضوئي الآلية السائدة في المواد العضوية لطاقات الفوتونات الأقل من 100  كيلو إلكترون فولت، وهي الطاقة النموذجية للأشعة السينية المنبعثة من أنابيب الأشعة السينية التقليدية . عند طاقات تتجاوز 100  كيلو إلكترون فولت، تُؤيّن الفوتونات المادة بشكل متزايد من خلال تأثير كومبتون ، ثم بشكل غير مباشر من خلال إنتاج أزواج عند طاقات تتجاوز 5  ميجا إلكترون فولت. يُظهر مخطط التفاعل المرفق عمليتي تشتت كومبتون متتاليتين. في كل عملية تشتت، ينقل شعاع جاما الطاقة إلى إلكترون، ثم يواصل مساره في اتجاه مختلف وبطاقة أقل.

حدود تعريف الفوتونات ذات الطاقة المنخفضة

أدنى طاقة تأين لأي عنصر هي 3.89  إلكترون فولت، وهي طاقة السيزيوم . مع ذلك، تُعرّف مواد لجنة الاتصالات الفيدرالية الأمريكية الإشعاع المؤين بأنه الإشعاع الذي تزيد طاقة فوتونه عن 10  إلكترون فولت (ما يعادل طول موجة فوق بنفسجية بعيدة يبلغ 124 نانومترًا ). [ 2 ] وهذا يُقارب طاقة التأين الأولى للأكسجين، وطاقة تأين الهيدروجين، وكلاهما حوالي 14  إلكترون فولت. [ 16 ] في بعض مراجع وكالة حماية البيئة  ، يُشار إلى تأين جزيء الماء النموذجي عند طاقة 33 إلكترون فولت [ 17 ] باعتباره العتبة البيولوجية المناسبة للإشعاع المؤين: تمثل هذه القيمة ما يُسمى بقيمة W ، وهو الاسم الشائع لمتوسط ​​الطاقة المستهلكة في الغاز لكل زوج أيوني مُتكوّن وفقًا للجنة الدولية لوحدات وقياسات الإشعاع (ICRU) ، [ 18 ] والتي تجمع بين طاقة التأين والطاقة المفقودة في عمليات أخرى مثل الإثارة . [ 19 ] عند طول موجة 38 نانومتر للإشعاع الكهرومغناطيسي ، تكون طاقة 33 إلكترون فولت قريبة من طاقة الانتقال التقليدي عند طول موجة 10 نانومتر بين الأشعة فوق البنفسجية القصوى والأشعة السينية، والتي تحدث عند حوالي 125 إلكترون فولت. وبالتالي، فإن الأشعة السينية مؤينة دائمًا، ولكن الأشعة فوق البنفسجية القصوى فقط هي التي يمكن اعتبارها مؤينة وفقًا لجميع التعريفات.   

النيوترونات

النيوترونات ذات شحنة كهربائية صافية تساوي صفرًا [ 20 ] ، ولذلك تُصنف ضمن الإشعاعات المؤينة غير المباشرة [ 21 ] . على عكس الجسيمات المشحونة، لا تُؤين النيوترونات الذرات عادةً بشكل مباشر من خلال التفاعلات الكهروستاتيكية بعيدة المدى. مع ذلك، تتفاعل النيوترونات السريعة مع البروتونات في الهيدروجين عبر نقل الطاقة الخطي ، وهي الطاقة التي ينقلها الجسيم إلى المادة التي يمر عبرها. تُشتت هذه الآلية نوى المواد في المنطقة المستهدفة، مما يُسبب تأينًا مباشرًا لذرات الهيدروجين. عندما تصطدم النيوترونات بنوى الهيدروجين، ينتج إشعاع بروتوني (بروتونات سريعة). هذه البروتونات نفسها مؤينة لأنها ذات طاقة عالية، ومشحونة، وتتفاعل مع الإلكترونات.

النيوترونات التي تصطدم بنوى أخرى غير الهيدروجين، تنقل طاقة أقل إلى النوى الأخرى إذا حدث انتقال خطي للطاقة. ولكن، بالنسبة للعديد من النوى التي تصطدم بها النيوترونات، يحدث تشتت غير مرن . ويعتمد حدوث التشتت المرن أو غير المرن على سرعة النيوترون، سواء أكان سريعًا أم حراريًا أم بينهما. كما يعتمد أيضًا على النوى التي يصطدم بها ومقطعها العرضي النيوتروني .

في التشتت غير المرن، تُمتص النيوترونات بسهولة في نوع من التفاعلات النووية يُسمى التقاط النيوترونات ، ويُعزى ذلك إلى تنشيط النواة بالنيوترونات. عادةً ما تُنتج تفاعلات النيوترونات مع معظم أنواع المادة بهذه الطريقة نوى مشعة . على سبيل المثال، يخضع الأكسجين-16 لتنشيط نيوتروني، ويتحلل بسرعة بانبعاث بروتون مُكَوِّنًا النيتروجين-16 ، الذي يتحلل بدوره إلى أكسجين-16. يُصدر تحلل النيتروجين-16 قصير العمر أشعة بيتا قوية. يمكن كتابة هذه العملية على النحو التالي:

16 O (n,p) 16 N (التقاط النيوترونات السريعة ممكن باستخدام  نيوترون >11 MeV)

16 N → 16 O + β − (نصف عمر التحلل = 7.13 ثانية  )

يتفاعل هذا الجسيم β- عالي الطاقة بسرعة مع نوى أخرى، مُصدراً أشعة غاما عالية الطاقة عبر إشعاع الكبح (Bremsstrahlung).

التفاعل الإشعاعي: تُمثل أشعة غاما بخطوط متموجة، والجسيمات المشحونة والنيوترونات بخطوط مستقيمة. تُظهر الدوائر الصغيرة أماكن حدوث التأين.

على الرغم من أنها ليست تفاعلاً مفضلاً، إلا أن تفاعل 16 O (n,p) 16 N هو مصدر رئيسي للأشعة السينية المنبعثة من مياه التبريد لمفاعل الماء المضغوط ويساهم بشكل كبير في الإشعاع الناتج عن مفاعل نووي مبرد بالماء أثناء التشغيل.

للحصول على أفضل حماية من النيوترونات، يتم استخدام الهيدروكربونات التي تحتوي على وفرة من الهيدروجين .

في المواد الانشطارية ، قد تنتج النيوترونات الثانوية تفاعلات نووية متسلسلة ، مما يتسبب في كمية أكبر من التأين من نواتج الانشطار.

خارج النواة، تكون النيوترونات الحرة غير مستقرة ويبلغ متوسط ​​عمرها 14 دقيقة و42 ثانية. تتحلل النيوترونات الحرة بانبعاث إلكترون ومضاد نيوترينو إلكتروني لتصبح بروتونًا، وهي عملية تُعرف باسم تحلل بيتا . [ 22 ]

في الرسم التوضيحي المجاور، يصطدم نيوترون ببروتون من المادة المستهدفة، ثم يتحول إلى بروتون ارتدادي سريع يتأين بدوره. في نهاية مساره، يُلتقط النيوترون بواسطة نواة في تفاعل (ن، غاما) يؤدي إلى انبعاث فوتون التقاط النيوترون . تمتلك هذه الفوتونات دائمًا طاقة كافية لتُصنف كإشعاع مؤين.

التأثيرات الجسدية

يتوهج الهواء المتأين باللون الأزرق حول حزمة من الإشعاع المؤين الجسيمي المنبعث من السيكلوترون

التأثيرات النووية

يمكن أن يتسبب الإشعاع النيوتروني، وإشعاع ألفا، وأشعة غاما ذات الطاقة العالية للغاية (> ~20  ميغا إلكترون فولت) في حدوث تحول نووي ونشاط إشعاعي مستحث . وتشمل الآليات ذات الصلة التنشيط النيوتروني ، وامتصاص جسيمات ألفا ، والتفكك الضوئي .

التأثيرات الكيميائية

يمكن أن يؤدي تأين الجزيئات إلى التحلل الإشعاعي (كسر الروابط الكيميائية) وتكوين جذور حرة شديدة التفاعل . قد تتفاعل هذه الجذور الحرة كيميائيًا مع المواد المجاورة حتى بعد توقف الإشعاع الأصلي (مثل تكسير البوليمرات بالأوزون الناتج عن تأين الهواء). كما يمكن للإشعاع المؤين أن يُسرّع التفاعلات الكيميائية القائمة، مثل البلمرة والتآكل، من خلال المساهمة في طاقة التنشيط اللازمة للتفاعل. وتتدهور المواد البصرية تحت تأثير الإشعاع المؤين.

يمكن للإشعاع المؤين عالي الكثافة في الهواء أن يُنتج توهجًا مرئيًا للهواء المتأين بلون أزرق بنفسجي مميز. ويمكن ملاحظة هذا التوهج، على سبيل المثال، أثناء حوادث التفاعل النووي الحرجة ، أو حول السحب الفطرية بعد انفجار نووي بفترة وجيزة ، أو داخل مفاعل نووي متضرر، كما حدث أثناء كارثة تشيرنوبيل .

لا تحتوي السوائل أحادية الذرة، مثل الصوديوم المنصهر ، على روابط كيميائية قابلة للكسر ولا شبكة بلورية قابلة للاضطراب، لذا فهي محصنة ضد التأثيرات الكيميائية للإشعاع المؤين. أما المركبات ثنائية الذرة البسيطة ذات المحتوى الحراري السالب للغاية للتكوين ، مثل فلوريد الهيدروجين، فتتشكل من جديد بسرعة وتلقائية بعد التأين.

التأثيرات الكهربائية

يؤدي تأين المواد إلى زيادة موصليتها مؤقتًا، مما قد يسمح بمستويات تيار ضارة. ويُعدّ هذا خطرًا خاصًا في الإلكترونيات الدقيقة لأشباه الموصلات المستخدمة في المعدات الإلكترونية؛ إذ تُسبب التيارات اللاحقة أخطاءً في التشغيل أو حتى تلفًا دائمًا للأجهزة. ويمكن جعل الأجهزة المُصممة للعمل في بيئات عالية الإشعاع، مثل الصناعة النووية أو الفضاء الخارجي، مقاومة للإشعاع لمقاومة هذه التأثيرات من خلال التصميم واختيار المواد وطرق التصنيع.

يمكن أن يتسبب الإشعاع المؤين في زيادة كثافة مصائد الشحنات عند الأسطح البينية عن طريق إعادة تنشيط الروابط المعلقة المُخَمَّلة عند الأسطح البينية بين مادتين، مثل سطح Si/SiO₂ في أجهزة CMOS. [ 23 ] يمكن لهذه المصائد أن تحتجز حاملات الشحنة، مما يؤدي إلى تأثيرات طفيلية تشمل تدهور الحركة ، وزيادة التشويش ، وانزياحات جهد العتبة .

يمكن أن يتسبب إشعاع البروتونات الموجود في الفضاء في حدوث اضطرابات فردية في الدوائر الرقمية. وتُستغل التأثيرات الكهربائية للإشعاع المؤين في كواشف الإشعاع المملوءة بالغاز، مثل عداد جايجر أو غرفة التأين .

الآثار الصحية

يمكن تصنيف معظم الآثار الصحية الضارة للتعرض للإشعاع المؤين إلى فئتين عامتين:

  • التأثيرات الحتمية (تفاعلات الأنسجة الضارة) تعود إلى حد كبير إلى قتل أو خلل في وظيفة الخلايا بعد التعرض لجرعات عالية من حروق الإشعاع .
  • التأثيرات العشوائية، أي السرطان والتأثيرات الوراثية التي تشمل إما تطور السرطان لدى الأفراد المعرضين نتيجة طفرات في الخلايا الجسدية أو الأمراض الوراثية لدى ذريتهم نتيجة طفرات في الخلايا التناسلية (الجرثومية). [ 24 ]

يُعدّ السرطان الناتج عن الإشعاع العشوائي، والذي يمتدّ تأثيره لسنوات أو عقود بعد التعرّض له، التأثير الأكثر شيوعًا . فعلى سبيل المثال، يُعدّ الإشعاع المؤيّن أحد أسباب الإصابة بابيضاض الدم النخاعي المزمن ، [ 25 ] [ 26 ] [ 27 ] على الرغم من أن معظم المصابين بهذا النوع من السرطان لم يتعرّضوا للإشعاع. [ 26 ] [ 27 ] إنّ آلية حدوث ذلك مفهومة جيدًا، لكنّ النماذج الكمية التي تتنبأ بمستوى الخطر لا تزال محلّ جدل.

ينص النموذج الأكثر قبولاً على نطاق واسع، وهو النموذج الخطي بدون عتبة (LNT)، على أن معدل الإصابة بالسرطانات الناتجة عن الإشعاع المؤين يزداد خطيًا مع جرعة الإشعاع الفعالة بمعدل 5.5% لكل سيفرت . [ 28 ] إذا صحّ هذا، فإن الإشعاع الخلفي الطبيعي يُعدّ أخطر مصدر للإشعاع على الصحة العامة، يليه التصوير الطبي في المرتبة الثانية. ومن الآثار العشوائية الأخرى للإشعاع المؤين: التشوه الخلقي ، والتدهور المعرفي ، وأمراض القلب .

على الرغم من أن الحمض النووي (DNA) عرضة للتلف بفعل الإشعاع المؤين، إلا أنه قد يتضرر أيضًا بالإشعاع ذي الطاقة الكافية لإثارة روابط جزيئية معينة وتكوين ثنائيات البيريميدين . قد تكون هذه الطاقة أقل من طاقة التأين، ولكنها قريبة منها. ومن الأمثلة الجيدة على ذلك طاقة طيف الأشعة فوق البنفسجية التي تبدأ عند حوالي 3.1  إلكترون فولت (400  نانومتر)، وهي قريبة من مستوى الطاقة الذي يُسبب حروق الشمس للجلد غير المحمي، نتيجةً للتفاعلات الضوئية في الكولاجين ، وكذلك (في نطاق الأشعة فوق البنفسجية-ب ) تُسبب تلفًا في الحمض النووي (على سبيل المثال، ثنائيات البيريميدين). وبالتالي، فإن طيف الأشعة فوق البنفسجية المتوسطة والمنخفضة يُلحق الضرر بالأنسجة البيولوجية نتيجةً للإثارة الإلكترونية في الجزيئات، وهي إثارة أقل من طاقة التأين، ولكنها تُنتج تأثيرات غير حرارية مماثلة. إلى حد ما، ثبت أن الضوء المرئي، وكذلك الأشعة فوق البنفسجية أ (UVA) الأقرب إلى طاقة الضوء المرئي، يؤديان إلى تكوين أنواع الأكسجين التفاعلية في الجلد، مما يسبب ضررًا غير مباشر، نظرًا لأنها جزيئات مثارة إلكترونيًا قادرة على إحداث ضرر تفاعلي، على الرغم من أنها لا تسبب حروق الشمس (احمرار الجلد). [ 29 ] ومثل الضرر الناتج عن التأين، فإن جميع هذه التأثيرات على الجلد تتجاوز تلك الناتجة عن التأثيرات الحرارية البسيطة.

قياس الإشعاع

العلاقة بين النشاط الإشعاعي والإشعاع المؤين المُكتشف. تشمل العوامل الرئيسية قوة المصدر المشع، وتأثيرات النقل
العلاقة بين بعض وحدات الإشعاع المؤين [ 30 ]

يوضح الجدول أدناه كميات الإشعاع والجرعات بوحدات النظام الدولي للوحدات (SI) ووحدات أخرى غير النظام الدولي للوحدات.

طرق قياس الإشعاع
كميةكاشفوحدات CGSوحدات النظام الدولي للوحداتوحدات أخرى
معدل التفكككوريبيكريل
تدفق الجسيماتعداد جايجر ، عداد تناسبي ، وميضيعدد العدّات / سم² · ثانية​عدد العدّات / متر 2 · ثانيةعدد العدّات في الدقيقة ، عدد الجسيمات لكل سنتيمتر مربع في الثانية
تدفق الطاقةمقياس جرعات حراري ضوئي ، مقياس جرعات شارة فيلميةMeV / cm 2​​جول / متر مربع​​
طاقة الشعاععداد تناسبيإلكترون فولتجول
نقل الطاقة الخطيالكمية المشتقةMeV / cm​​جول / متر​​كيلو إلكترون فولت / ميكرومتر
كرمةغرفة التأين ، كاشف أشباه الموصلات ، مقياس جرعات الألياف الكوارتزية ، مقياس كيرني للتساقط الإشعاعي⁠ إيسو / سم 3 ⁠غراي ( جول / كجم )​​الأشعة السينية
الجرعة الممتصةالمسعررادرماديمندوب
الجرعة المكافئةالكمية المشتقةريمسيفرت ( ⁠ جول / كجم ⁠ × W R )
الجرعة الفعالةالكمية المشتقةريمسيفرت ( جول / كجم × W R × W T )​​بريت
الجرعة الملتزم بهاالكمية المشتقةريمسيفرتجرعة تعادل الموز

استخدامات الإشعاع

للإشعاع المؤين استخدامات عديدة في المجالات الصناعية والعسكرية والطبية. ويجب الموازنة بين فوائده ومخاطره، وهو توازنٌ تغيّر بمرور الوقت. فعلى سبيل المثال، كان مساعدو متاجر الأحذية في الولايات المتحدة يستخدمون الأشعة السينية في وقتٍ ما للتحقق من مقاس حذاء الطفل ، ولكن تم إيقاف هذه الممارسة عندما أصبح فهم مخاطر الإشعاع المؤين أكثر وضوحًا. [ 31 ]

يُعدّ الإشعاع النيوتروني أساسيًا لعمل المفاعلات النووية والأسلحة النووية . وتُستخدم قدرة اختراق أشعة إكس، وأشعة جاما، وبيتا، والبوزيترون في التصوير الطبي ، والاختبارات غير المتلفة ، ومجموعة متنوعة من أجهزة القياس الصناعية. كما تُستخدم المواد المشعة المتتبعة في التطبيقات الطبية والصناعية، بالإضافة إلى الكيمياء الحيوية والإشعاعية . ويُستخدم إشعاع ألفا في أجهزة إزالة الشحنات الساكنة وأجهزة كشف الدخان . وتُفيد التأثيرات المعقمة للإشعاع المؤين في تنظيف الأدوات الطبية، وتشعيع الأغذية ، وتقنية الحشرات المعقمة . ويُستخدم قياس الكربون-14 في التأريخ بالكربون المشع .

مصادر الإشعاع

يتولد الإشعاع المؤين من خلال التفاعلات النووية، والتحلل النووي، ودرجات الحرارة العالية جدًا، أو عن طريق تسريع الجسيمات المشحونة في المجالات الكهرومغناطيسية. تشمل المصادر الطبيعية الشمس والبرق وانفجارات المستعرات العظمى. أما المصادر الاصطناعية فتشمل المفاعلات النووية ومسرعات الجسيمات وأنابيب الأشعة السينية .

قامت اللجنة العلمية للأمم المتحدة المعنية بآثار الإشعاع الذري (UNSCEAR) بتصنيف أنواع التعرض البشري.

أنواع التعرض للإشعاع
التعرض العام
مصادر طبيعيةالأحداث الطبيعيةالإشعاع الكوني
الإشعاع الأرضي
مصادر محسّنةتعدين المعادن وصهرها
صناعة الفوسفات
تعدين الفحم وإنتاج الطاقة من الفحم
التنقيب عن النفط والغاز
صناعات العناصر الأرضية النادرة وثاني أكسيد التيتانيوم
صناعات الزركونيوم والسيراميك​
استخدام الراديوم والثوريوم​
حالات التعرض الأخرى
مصادر من صنع الإنسانلأغراض سلميةإنتاج الطاقة النووية
نقل المواد النووية والمشعة
تطبيقات أخرى غير الطاقة النووية
للأغراض العسكريةالتجارب النووية
مخلفات في البيئة. تساقط نووي
الأوضاع التاريخية
التعرض للحوادث
التعرض الإشعاعي المهني
مصادر طبيعيةتعرض أطقم الطائرات وأفراد طواقم الفضاء للأشعة الكونية
التعرض للصناعات الاستخراجية والتصنيعية
صناعات استخراج الغاز والنفط
التعرض للرادون في أماكن العمل غير المناجم
مصادر من صنع الإنسانلأغراض سلميةصناعات الطاقة النووية
الاستخدامات الطبية للإشعاع
الاستخدامات الصناعية للإشعاع
استخدامات متنوعة
للأغراض العسكريةعمال آخرون معرضون للخطر
المصدر: الملحق ب، تقرير لجنة الأمم المتحدة العلمية المعنية بآثار الإشعاع الذري لعام 2008. مؤرشف بتاريخ 20 يناير 2012 في أرشيف الإنترنت (Wayback Machine) ، تم استرجاعه بتاريخ 4 يوليو 2011.

تتولى اللجنة الدولية للحماية من الإشعاع إدارة النظام الدولي للحماية من الإشعاع، الذي يحدد الحدود الموصى بها لامتصاص الجرعة.

الإشعاع الخلفي

يأتي الإشعاع الخلفي من مصادر طبيعية وأخرى من صنع الإنسان.

يبلغ متوسط ​​تعرض الإنسان للإشعاع المؤين عالميًا حوالي 3  ملي سيفرت (0.3  ريم) سنويًا، 80% منها مصدرها الطبيعة. أما النسبة المتبقية البالغة 20% فتنتج عن التعرض لمصادر إشعاعية من صنع الإنسان، وخاصة التصوير الطبي . ويكون متوسط ​​التعرض للإشعاع من صنع الإنسان أعلى بكثير في الدول المتقدمة، ويعود ذلك في الغالب إلى فحوصات التصوير المقطعي المحوسب والطب النووي .

يأتي الإشعاع الخلفي الطبيعي من خمسة مصادر رئيسية: الإشعاع الكوني، والإشعاع الشمسي، والمصادر الأرضية الخارجية، والإشعاع في جسم الإنسان، والرادون .

يتباين معدل الإشعاع الطبيعي بشكل كبير حسب الموقع، حيث يصل إلى 1.5  ملي سيفرت/  سنة في بعض المناطق، ويتجاوز 100  ملي سيفرت/سنة في مناطق أخرى. وقد سُجّل أعلى مستوى للإشعاع الطبيعي على سطح الأرض، وهو 90  ميكروغراي/ساعة (0.8  غراي/سنة)، على شاطئ أسود برازيلي مُكوّن من حجر المونازيت . [ 32 ] ويُسجّل أعلى مستوى للإشعاع الطبيعي في منطقة مأهولة بالسكان في رامسار ، ويعود ذلك أساسًا إلى استخدام الحجر الجيري المشع طبيعيًا كمادة بناء. ويتلقى نحو 2000 من السكان الأكثر تعرضًا للإشعاع جرعة إشعاعية متوسطة تبلغ 10 ملي غراي سنويًا (1 راد /سنة)، أي عشرة أضعاف الحد الموصى به من قبل اللجنة الدولية للحماية من الإشعاع (ICRP) للتعرض العام من المصادر الاصطناعية. [ 33 ] سُجّلت مستويات قياسية في منزل بلغت فيه الجرعة الإشعاعية الفعّالة الناتجة عن الإشعاع الخارجي 135 ملي سيفرت/سنة (13.5 ريم/سنة)، بينما بلغت الجرعة الملتزمة من غاز الرادون 640 ملي سيفرت/سنة (64.0 ريم/سنة). [ 34 ] هذه الحالة الفريدة أعلى بأكثر من 200 ضعف من متوسط ​​الإشعاع الخلفي العالمي. على الرغم من ارتفاع مستويات الإشعاع الخلفي التي يتعرض لها سكان رامسار، لا يوجد دليل قاطع على تعرضهم لمخاطر صحية أكبر. توصيات اللجنة الدولية للحماية من الإشعاع (ICRP) هي حدود متحفظة، وقد تمثل تقديرًا مبالغًا فيه للمخاطر الصحية الفعلية. عمومًا، توصي منظمات السلامة الإشعاعية بأكثر الحدود تحفظًا، انطلاقًا من مبدأ توخي الحذر. هذا المستوى من الحذر مناسب، لكن لا ينبغي استخدامه لإثارة المخاوف بشأن خطر الإشعاع الخلفي. قد يُمثل خطر الإشعاع الخلفي تهديدًا خطيرًا، ولكنه على الأرجح خطر ضئيل مقارنةً بجميع العوامل الأخرى في البيئة.      

الإشعاع الكوني

تتعرض الأرض، وجميع الكائنات الحية عليها، باستمرار لقصف إشعاعي من خارج النظام الشمسي . يتكون هذا الإشعاع الكوني من جسيمات نسبية: نوى مشحونة إيجابياً (أيونات) من1 دالتون  بروتونات (حوالي 85٪ منها) إلى ~ نوى الحديد ذات العدد الذري 56 دالتون وما هو أبعد من ذلك. (تُسمى الجسيمات ذات العدد الذري العالي أيونات HZE ). يمكن أن تتجاوز طاقة هذا الإشعاع بكثير الطاقة التي يستطيع البشر توليدها، حتى في أكبر مسرعات الجسيمات (انظر الأشعة الكونية فائقة الطاقة ). يتفاعل هذا الإشعاع في الغلاف الجوي مُنتجًا إشعاعًا ثانويًا يتساقط على الأرض، بما في ذلك الأشعة السينية ، والميونات ، والبروتونات ، والبروتونات المضادة ، وجسيمات ألفا ، والبيونات ، والإلكترونات ، والبوزيترونات ، والنيوترونات .

تأتي جرعة الإشعاع الكوني في معظمها من الميونات والنيوترونات والإلكترونات، ويختلف معدل الجرعة باختلاف مناطق العالم، ويعتمد بشكل كبير على المجال المغناطيسي الأرضي والارتفاع والدورة الشمسية. ويُعدّ معدل جرعة الإشعاع الكوني على متن الطائرات مرتفعًا للغاية، لدرجة أنه وفقًا لتقرير لجنة الأمم المتحدة العلمية المعنية بآثار الإشعاع الذري لعام 2000 (انظر الروابط في الأسفل)، يتلقى طاقم الطائرات جرعة أعلى في المتوسط ​​من أي عامل آخر، بما في ذلك العاملين في محطات الطاقة النووية. ويتعرض طاقم الطائرات لمزيد من الأشعة الكونية إذا كانوا يعملون بشكل روتيني على خطوط طيران تمر بالقرب من القطب الشمالي أو الجنوبي على ارتفاعات عالية، حيث يكون هذا النوع من الإشعاع في ذروته.

تشمل الأشعة الكونية أيضاً أشعة جاما عالية الطاقة، والتي تتجاوز بكثير الطاقات التي تنتجها المصادر الشمسية أو البشرية.

مصادر أرضية خارجية

تحتوي معظم المواد على سطح الأرض على بعض الذرات المشعة ، حتى وإن كانت بكميات ضئيلة. وتأتي معظم الجرعة الإشعاعية من مصادر أشعة غاما الموجودة في مواد البناء، أو من الصخور والتربة في الهواء الطلق. وتُعدّ نظائر البوتاسيوم واليورانيوم والثوريوم من أهم النظائر المشعة التي تُثير القلق بشأن الإشعاع الأرضي . وقد انخفض نشاط كلٍّ من هذه المصادر منذ نشأة الأرض.

مصادر الإشعاع الداخلي

تحتوي جميع المواد الأرضية التي تُشكل لبنات الحياة على عنصر مشع. ومع استهلاك الكائنات الحية للغذاء والهواء والماء، يتراكم مخزون من النظائر المشعة داخلها (انظر الجرعة المكافئة في الموز ). تُصدر بعض النويدات المشعة، مثل البوتاسيوم-40 ، أشعة غاما عالية الطاقة يمكن قياسها بواسطة أنظمة قياس الإشعاع الإلكترونية الحساسة. تُساهم مصادر الإشعاع الداخلية هذه في إجمالي جرعة الإشعاع التي يتعرض لها الفرد من الإشعاع الخلفي الطبيعي .

رادون

يُعد غاز الرادون مصدراً مهماً للإشعاع الطبيعي ، وهو يتسرب باستمرار من الصخور الأساسية، ولكنه قد يتراكم بسبب كثافته العالية في المنازل سيئة التهوية.

الرادون-222 هو غاز ينتج عن تحلل الراديوم -226 بواسطة جسيمات ألفا. وكلاهما جزء من سلسلة تحلل اليورانيوم الطبيعية . يوجد اليورانيوم في التربة في جميع أنحاء العالم بتراكيز متفاوتة. يُعد الرادون السبب الرئيسي لسرطان الرئة بين غير المدخنين، وثاني سبب رئيسي للمرض عمومًا. [ 35 ]

التعرض للإشعاع

مستوى الإشعاع في مجموعة متنوعة من الحالات، بدءًا من الأنشطة العادية وصولًا إلى حادثة مفاعل تشيرنوبيل. كل خطوة أعلى في المقياس تشير إلى زيادة عشرة أضعاف في مستوى الإشعاع.
جرعات مختلفة من الإشعاع بوحدة سيفرت، تتراوح من ضئيلة إلى قاتلة.
مقارنة بصرية للتعرض الإشعاعي الناتج عن أنشطة الحياة اليومية.

هناك ثلاث طرق قياسية للحد من التعرض:

  1. الوقت : بالنسبة للأشخاص المعرضين للإشعاع بالإضافة إلى الإشعاع الخلفي الطبيعي، فإن الحد من وقت التعرض أو تقليله إلى أدنى حد سيؤدي إلى تقليل الجرعة من مصدر الإشعاع.
  2. المسافة : تتناقص شدة الإشعاع بشكل حاد مع المسافة، وفقًا لقانون التربيع العكسي (في الفراغ المطلق). [ 36 ]
  3. الحماية : قد يكون الهواء أو الجلد كافيين لتخفيف إشعاع ألفا بشكل كبير، بينما غالبًا ما تكفي الصفائح المعدنية أو البلاستيكية لإيقاف إشعاع بيتا. تُستخدم حواجز من الرصاص أو الخرسانة أو الماء لتوفير حماية فعالة من أشكال الإشعاع المؤين الأكثر اختراقًا، مثل أشعة جاما والنيوترونات . تُخزن بعض المواد المشعة أو تُنقل تحت الماء أو عن بُعد في غرف مبنية من الخرسانة السميكة أو مبطنة بالرصاص. توجد دروع بلاستيكية خاصة توقف جسيمات بيتا، بينما يوقف الهواء معظم جسيمات ألفا. تُحدد فعالية المادة في الحماية من الإشعاع بسماكتها النصفية ، أي سماكة المادة التي تُقلل الإشعاع إلى النصف. هذه القيمة تعتمد على المادة نفسها ونوع وطاقة الإشعاع المؤين. من بين السماكات المقبولة عمومًا للمواد المخففة للإشعاع: 5  مم من الألومنيوم لمعظم جسيمات بيتا، و3  بوصات من الرصاص لإشعاع جاما.

يمكن تطبيق هذه الأساليب على المصادر الطبيعية والصناعية. بالنسبة للمصادر الصناعية، يُعدّ استخدام الاحتواء أداةً رئيسيةً لتقليل امتصاص الجرعات الإشعاعية، وهو في الواقع مزيج من الحماية والعزل عن البيئة الخارجية. تُحصر المواد المشعة في أصغر حيز ممكن وتُحفظ بعيدًا عن البيئة، كما هو الحال في الخلايا المعزولة (للإشعاع) أو صناديق القفازات (للتلوث). تُصرف النظائر المشعة المستخدمة في المجال الطبي، على سبيل المثال، في مرافق مناولة مغلقة، عادةً ما تكون صناديق قفازات، بينما تعمل المفاعلات النووية ضمن أنظمة مغلقة مزودة بحواجز متعددة تحافظ على احتواء المواد المشعة. تتميز غرف العمل والخلايا المعزولة وصناديق القفازات بضغوط هواء منخفضة قليلاً لمنع تسرب المواد المحمولة جوًا إلى البيئة الخارجية.

في حالات النزاعات النووية أو التسريبات النووية المدنية، يمكن لتدابير الدفاع المدني أن تساعد في الحد من تعرض السكان للإشعاع عن طريق تقليل ابتلاع النظائر المشعة والتعرض المهني. ومن هذه التدابير أقراص يوديد البوتاسيوم (KI)، التي تمنع امتصاص اليود المشع (أحد النواتج الرئيسية للنظائر المشعة الناتجة عن الانشطار النووي ) في الغدة الدرقية البشرية .

التعرض المهني

يخضع الأفراد المعرضون للإشعاع في بيئة العمل للوائح التنظيمية في البلد الذي يعملون فيه، ووفقًا لأي قيود مفروضة على التراخيص النووية المحلية. وتستند هذه اللوائح عادةً إلى توصيات اللجنة الدولية للحماية من الإشعاع . وتوصي اللجنة الدولية للحماية من الإشعاع بالحد من التعرض للإشعاع الاصطناعي. بالنسبة للتعرض المهني، يبلغ الحد الأقصى 50 ملي سيفرت في السنة الواحدة، وبحد أقصى 100 ملي سيفرت خلال فترة خمس سنوات متتالية. [ 28 ]

يتم رصد تعرض هؤلاء الأفراد للإشعاع بدقة باستخدام أجهزة قياس الجرعات وغيرها من أدوات الحماية الإشعاعية التي تقيس تركيزات الجسيمات المشعة، وقراءات جرعة أشعة غاما في المنطقة، والتلوث الإشعاعي . ويتم الاحتفاظ بسجل قانوني للجرعات.

تشمل أمثلة الأنشطة التي تشكل فيها المخاطر المهنية مصدر قلق ما يلي:

تؤثر بعض مصادر الإشعاع التي يصنعها الإنسان على الجسم من خلال الإشعاع المباشر، والمعروف بالجرعة الفعالة (الإشعاع)، بينما تتخذ مصادر أخرى شكل التلوث الإشعاعي وتشعّع الجسم من الداخل. وتُعرف هذه الأخيرة بالجرعة الملتزمة .

التعرض العام

تُعدّ الإجراءات الطبية، كالتصوير التشخيصي بالأشعة السينية والطب النووي والعلاج الإشعاعي ، المصدر الأهمّ للتعرّض الإشعاعي البشريّ الذي يتعرّض له عامة الناس. ومن أبرز النظائر المشعة المستخدمة: اليود-131 ، والتكنيتيوم-99م ، والكوبالت-60 ، والإيريديوم-192 ، والسيزيوم-137 . كما يتعرّض الجمهور للإشعاع من المنتجات الاستهلاكية، كالتبغ ( البولونيوم -210 )، والوقود القابل للاحتراق (الغاز والفحم وغيرها)، وأجهزة التلفاز ، والساعات المضيئة ( التريتيوم )، وأنظمة الأشعة السينية في المطارات ، وأجهزة كشف الدخان ( الأمريسيوم )، وأنابيب الإلكترون، وأغطية مصابيح الغاز ( الثوريوم ).

وبدرجة أقل، يتعرض عامة الناس للإشعاع الناتج عن دورة الوقود النووي ، والتي تشمل كامل سلسلة العمليات بدءًا من معالجة اليورانيوم وصولًا إلى التخلص من الوقود المستهلك. لم تُقاس آثار هذا التعرض بدقة نظرًا لانخفاض الجرعات للغاية. يستخدم المعارضون نموذجًا يعتمد على نسبة الإصابة بالسرطان لكل جرعة للتأكيد على أن هذه الأنشطة تتسبب في مئات حالات السرطان سنويًا، وهو تطبيق لنموذج الخطية بدون عتبة (LNT) المقبول على نطاق واسع.

توصي اللجنة الدولية للحماية من الإشعاع بتقييد التعرض للإشعاع الاصطناعي للجمهور بمتوسط ​​1  ملي سيفرت (0.001  سيفرت) من الجرعة الفعالة سنوياً، باستثناء التعرضات الطبية والمهنية. [ 28 ]

في حالة الحرب النووية ، ستكون أشعة جاما الناتجة عن كل من الانفجار الأولي للسلاح والتساقط النووي مصادر للتعرض للإشعاع.

رحلات الفضاء

تُشكّل الجسيمات الضخمة مصدر قلق لرواد الفضاء خارج المجال المغناطيسي للأرض ، إذ يتعرضون لجسيمات شمسية ناتجة عن أحداث البروتونات الشمسية (SPE) وأشعة كونية مجرية من مصادر كونية. هذه النوى المشحونة عالية الطاقة محجوبة بالمجال المغناطيسي للأرض، لكنها تُشكّل خطرًا صحيًا كبيرًا على رواد الفضاء المسافرين إلى القمر وأي موقع بعيد خارج مدار الأرض. ومن المعروف أن أيونات HZE عالية الشحنة، على وجه الخصوص، شديدة الضرر، على الرغم من أن البروتونات تُشكّل الغالبية العظمى من الأشعة الكونية المجرية. وتشير الأدلة إلى مستويات إشعاع أحداث البروتونات الشمسية السابقة التي كانت قاتلة لرواد الفضاء غير المحميين. [ 39 ]

السفر الجوي

يُعرّض السفر الجوي الركاب على متن الطائرات لمستويات إشعاع أعلى من الفضاء مقارنةً بمستوى سطح البحر، بما في ذلك الأشعة الكونية والإشعاعات الناتجة عن التوهجات الشمسية . [ 40 ] [ 41 ] تُعدّ برامج مثل Epcard وCARI وSIEVERT وPCAIRE محاولات لمحاكاة تعرض أطقم الطائرات والركاب للإشعاع. [ 41 ] مثال على جرعة مُقاسة (وليست مُحاكاة) هي 6  ميكروسيفرت في الساعة من مطار لندن هيثرو إلى مطار طوكيو ناريتا على مسار قطبي. [ 41 ] مع ذلك، قد تختلف الجرعات، كما هو الحال خلال فترات النشاط الشمسي المرتفع. [ 41 ] تشترط إدارة الطيران الفيدرالية الأمريكية على شركات الطيران تزويد طاقم الطائرة بمعلومات حول الإشعاع الكوني، وتوصي اللجنة الدولية للحماية من الإشعاع لعامة الناس بألا تتجاوز الجرعة 1  ملي سيفرت سنويًا. [ 41 ] كما تمنع العديد من شركات الطيران عضوات طاقم الطائرة الحوامل ، امتثالًا لتوجيه أوروبي. [ 41 ] توصي إدارة الطيران الفيدرالية بحد أقصى قدره 1  ملي سيفرت إجمالاً للحمل، وبحد أقصى 0.5  ملي سيفرت شهرياً. [ 41 ] تستند هذه المعلومات أصلاً إلى كتاب "أساسيات طب الفضاء" المنشور عام 2008. [ 41 ]

علامات تحذير من مخاطر الإشعاع

يُشار إلى مستويات الإشعاع المؤين الخطرة بعلامة ثلاثية الأوراق على خلفية صفراء. وعادةً ما تُعلّق هذه العلامات على حدود منطقة خاضعة للرقابة الإشعاعية أو في أي مكان تكون فيه مستويات الإشعاع أعلى بكثير من المستوى الطبيعي نتيجةً للتدخل البشري.

تم إطلاق رمز التحذير من الإشعاع المؤين الأحمر (ISO 21482) في عام 2007، وهو مخصص لمصادر الإشعاع المصنفة من الفئات 1 و2 و3 وفقًا للوكالة الدولية للطاقة الذرية، والتي تُعرف بأنها مصادر خطرة قادرة على التسبب في الوفاة أو الإصابة الخطيرة، بما في ذلك أجهزة تشعيع الأغذية، وأجهزة العلاج الإشعاعي عن بُعد لعلاج السرطان، ووحدات التصوير الإشعاعي الصناعية. يُوضع الرمز على الجهاز الذي يحتوي على المصدر، كتحذير من تفكيك الجهاز أو الاقتراب منه. لن يكون الرمز مرئيًا أثناء الاستخدام العادي، وإنما فقط في حال محاولة تفكيك الجهاز. لن يُوضع الرمز على أبواب المباني أو عبوات النقل أو الحاويات. [ 42 ]

انظر أيضاً

مراجع

  1. ↑ "الإشعاع المؤين، آثاره الصحية، والتدابير الوقائية" . منظمة الصحة العالمية . مؤرشف من الأصل بتاريخ 29 مارس 2020. تم الاطلاع عليه بتاريخ 22 يناير 2020 .
  2. ١ ٢ روبرت ف. كليفلاند الابن؛ جيري ل. أولسيك (أغسطس ١٩٩٩). "أسئلة وأجوبة حول الآثار البيولوجية والمخاطر المحتملة للمجالات الكهرومغناطيسية ذات الترددات الراديوية" (ملف PDF) (الطبعة الرابعة ). واشنطن العاصمة: مكتب الهندسة والتكنولوجيا، لجنة الاتصالات الفيدرالية. مؤرشف (ملف PDF) من الأصل بتاريخ ٢٠ أكتوبر ٢٠١١. تم الاطلاع عليه بتاريخ ٧ ديسمبر ٢٠١١ . 
  3. ↑ وودسايد، جايل (1997). هندسة البيئة والسلامة والصحة . الولايات المتحدة: جون وايلي وأولاده. ص 476. ISBN  978-0471109327تمت أرشفة النسخة الأصلية بتاريخ 19-10-2015 .
  4. ↑ ستالكب، جيمس ج. (2006). إدارة السلامة والصحة المهنية: تبسيط لوائح ستالكب للاتصالات عالية الجهد . الولايات المتحدة: جونز وبارتليت للتعليم. ص 133. ISBN  978-0763743475تمت أرشفة النسخة الأصلية بتاريخ 17-10-2015 .
  5. ↑"Ionizing Radiation - Health Effects | Occupational Safety and Health Administration". www.osha.gov. Retrieved 2022-06-23.
  6. ↑Ryan, Julie (5 January 2012). "Ionizing Radiation: The Good, the Bad, and the Ugly". The Journal of Investigative Dermatology. 132 (3 0 2): 985–993. doi:10.1038/jid.2011.411. PMC 3779131. PMID 22217743.
  7. ↑Herrera Ortiz, Andrés Felipe; Fernández Beaujon, Lorena Josefina; García Villamizar, Sandra Yulitza; Fonseca López, Freddy Fernando (2021). "Magnetic resonance versus computed tomography for the detection of retroperitoneal lymph node metastasis due to testicular cancer: A systematic literature review". European Journal of Radiology Open. 8 100372. doi:10.1016/j.ejro.2021.100372. PMC 8377546. PMID 34458506.
  8. ↑One kg of water per cm squared is 10 meters of waterArchived 2016-01-01 at the Wayback Machine
  9. ↑"Beta Decay". Lbl.gov. 9 August 2000. Archived from the original on 3 March 2016. Retrieved 10 April 2014.
  10. ↑Contribution of High Charge and Energy (HZE) Ions During Solar-Particle Event of September 29, 1989 Kim, Myung-Hee Y.; Wilson, John W.; Cucinotta, Francis A.; Simonsen, Lisa C.; Atwell, William; Badavi, Francis F.; Miller, Jack, NASA Johnson Space Center; Langley Research Center, May 1999.
  11. ↑European Centre of Technological Safety. "Interaction of Radiation with Matter"(PDF). Radiation Hazard. Archived from the original(PDF) on 12 May 2013. Retrieved 5 November 2012.
  12. ↑Feynman, Richard; Robert Leighton; Matthew Sands (1963). The Feynman Lectures on Physics, Vol.1. USA: Addison-Wesley. pp. 2–5. ISBN 978-0-201-02116-5.{{cite book}}: ISBN / Date incompatibility (help)
  13. ↑L'Annunziata, Michael; Mohammad Baradei (2003). Handbook of Radioactivity Analysis. Academic Press. p. 58. ISBN 978-0-12-436603-9. Archived from the original on 2021-04-16. Retrieved 2020-10-26.
  14. ↑ جروبن، كلاوس؛ جي. كوان؛ إس. دي. إيدلمان؛ تي. ستروه (2005). فيزياء الجسيمات الفلكية . سبرينغر. ص 109. ISBN  978-3-540-25312-9.
  15. ↑ تشارلز هودجمان، محرر. (1961). دليل سي آر سي للكيمياء والفيزياء، الطبعة 44. الولايات المتحدة الأمريكية: شركة المطاط الكيميائي. ص 2850. 
  16. ↑ جيم كلارك (2000). "طاقة التأين" . مؤرشف من الأصل بتاريخ 26-11-2011 . تم الاطلاع عليه بتاريخ 07-12-2011 .
  17. ↑ "الإشعاع المؤين وغير المؤين" . الحماية من الإشعاع . وكالة حماية البيئة الأمريكية. 16 يوليو 2014. مؤرشف من الأصل في 12 فبراير 2015. تم الاطلاع عليه في 9 يناير 2015 .
  18. ↑ "الكميات والوحدات الأساسية للإشعاع المؤين (تقرير اللجنة الدولية لوحدات وقياسات الإشعاع رقم 85)" . مجلة اللجنة الدولية لوحدات وقياسات الإشعاع . 11 (1). 2011. مؤرشف من الأصل في 20 أبريل 2012.
  19. ↑ هاو بنغ. "أجهزة الكشف المملوءة بالغاز" (ملف PDF) . ملاحظات محاضرة لمقرر MED PHYS 4R06/6R03 - منهجية الإشعاع والنظائر المشعة . جامعة ماكماستر، قسم الفيزياء الطبية وعلوم الإشعاع. مؤرشف من النسخة الأصلية (ملف PDF) بتاريخ 17 يونيو 2012.
  20. ↑ كارشنبويم، سافيلي ج. (2024). "قيد مختبري على الشحنة الكهربائية للنيوترون والنيوترينو". arXiv : 2406.19129 [ hep-ph ].
  21. ↑ "ما هو الإشعاع الفضائي؟" . مجموعة تحليل الإشعاع الفضائي، مركز جونسون للفضاء . الإدارة الوطنية للملاحة الجوية والفضاء . تم الاطلاع عليه بتاريخ 22 يوليو 2026 .
  22. ↑ ياو وآخرون (2007). "جدول بيانات ملخص مجموعة بيانات الجسيمات حول الباريونات" (ملف PDF) . مجلة الفيزياء G ، 33 (1). مؤرشف من الأصل (ملف PDF) بتاريخ 10 سبتمبر 2011. تم الاطلاع عليه بتاريخ 16 أغسطس 2012 . 
  23. ↑ خوشنود، أ.؛ يافانداساني، ج. (2025). "نمذجة تأثيرات الجرعة المؤينة الكلية (TID) على التوزيع غير المنتظم لحالات طاقة مصائد واجهة Si/SiO2 في أجهزة MOS" . التقارير العلمية . 15 (1) 17082. Bibcode : 2025NatSR..1517082K . doi : 10.1038/ s41598-025-01325-3 . PMC 12084595. PMID 40379685 .  
  24. ↑ ICRP 2007 ، الفقرة 55.
  25. ^ هيثر ، سو إي. ماكانس ، كاثرين إل. (22/01/2016). فهم الفيزيولوجيا المرضية ( الطبعة السادسة). سانت لويس، ميسوري: إلسفير. ص. 530. ردمك   9780323354097. OCLC 740632205 . 
  26. 1 2 "ابيضاض الدم النخاعي المزمن (CML)" . جمعية اللوكيميا والليمفوما . 26 فبراير 2015. مؤرشف من الأصل في 22 سبتمبر 2019. تم الاطلاع عليه في 22 سبتمبر 2019 .
  27. 1 2 "ابيضاض الدم النخاعي المزمن (CML)" . موسوعة ميدلاين بلس الطبية . المكتبة الوطنية الأمريكية للطب . مؤرشف من الأصل في 29 سبتمبر 2019. تم الاطلاع عليه في 22 سبتمبر 2019 .
  28. 1 2 3 ICRP 2007 .
  29. ↑ ليبل إف، كور إس، روفولو إي، كولياس إن، ساوثول إم دي (2012). "يؤدي تشعيع الجلد بالضوء المرئي إلى إنتاج أنواع الأكسجين التفاعلية والإنزيمات المحللة للمصفوفة" . مجلة أبحاث الأمراض الجلدية . 132 (7): 1901-1907 . doi : 10.1038/jid.2011.476 . PMID 22318388 . 
  30. ↑ "قياس الإشعاع" . موقع المجلس الوطني للبحوث . مؤرشف من الأصل بتاريخ 16 مايو 2025. تم الاطلاع عليه بتاريخ 6 أكتوبر 2025 .
  31. ↑ لويس، ليون؛ كابلان، بول إي (1 يناير 1950). "جهاز قياس ضغط الأحذية بالأشعة السينية كمصدر خطر للإشعاع" . مجلة كاليفورنيا الطبية . 72 (1): 26-30 [27]. PMC 1520288. PMID 15408494 .  
  32. ↑ اللجنة العلمية للأمم المتحدة المعنية بآثار الإشعاع الذري (2000). "الملحق ب" . مصادر وآثار الإشعاع المؤين . المجلد 1. الأمم المتحدة. ص 121. مؤرشف من الأصل في 4 أغسطس 2012. تم الاطلاع عليه في 11 نوفمبر 2012 .  
  33. ↑ مرتضوي، إس إم جيه؛ بي إيه كارامب (2005). "انعدام الحساسية الإشعاعية الظاهر بين سكان منطقة رامسار ذات الإشعاع الخلفي المرتفع في إيران: هل يمكننا تخفيف معاييرنا؟". النشاط الإشعاعي في البيئة . 7 : 1141-1147 . Bibcode : 2005REnv....7.1141M . doi : 10.1016/S1569-4860(04)07140-2 . ISBN 9780080441375ISSN 1569-4860​​ 
  34. ↑ سهرابي، مهدي؛ بابابوران، موزغان (2005). "تقييم جديد للجرعات الإشعاعية العامة الناتجة عن التعرضات الداخلية والخارجية في مناطق الإشعاع الطبيعي المنخفضة والعالية المستوى في رامسار، إيران". سلسلة المؤتمرات الدولية . 1276 : 169-174 . doi : 10.1016/j.ics.2004.11.102 .
  35. ↑ "المخاطر الصحية" . الرادون . وكالة حماية البيئة. مؤرشف من الأصل بتاريخ 20-10-2008 . تم الاطلاع عليه بتاريخ 05-03-2012 .
  36. ↑ كامبهاوزن كيه إيه، لورانس آر سي. "مبادئ العلاج الإشعاعي" مؤرشف في 15 مايو 2009 في Wayback Machine في بازدور آر، واغمان إل دي، كامبهاوزن كيه إيه، هوسكينز دبليو جيه (محررون) إدارة السرطان: نهج متعدد التخصصات مؤرشف في 4 أكتوبر 2013 في Wayback Machine . الطبعة الحادية عشرة. 2008.
  37. ↑ باتيسون، جيه إي، وباخمان، دي جيه، وبيدو، إيه إتش (1996). "قياس جرعات أشعة غاما على أسطح الحاويات الأسطوانية". مجلة الحماية الإشعاعية . 16 (4): 249-261 . Bibcode : 1996JRP....16..249P . doi : 10.1088/0952-4746/16/4/004 . S2CID 71757795 . 
  38. ↑ باتيسون، جيه إي (1999). "الجرعات المُتلقاة عن طريق الأصابع أثناء حقن الساماريوم-153". الفيزياء الصحية . 77 (5): 530-535 . doi : 10.1097/00004032-199911000-00006 . PMID 10524506 . 
  39. ↑ "التوهجات الشمسية الهائلة قد تقتل رواد الفضاء غير المحميين" . مجلة نيو ساينتست. 21 مارس 2005. مؤرشف من الأصل في 27 مارس 2015.
  40. ↑ "معدل الجرعة الفعالة" . نظام التنبؤات الآنية للإشعاع المؤين في الغلاف الجوي (NAIRAS) . مؤرشف من الأصل بتاريخ 2016-03-05.
  41. 1 2 3 4 5 6 7 8 جيفري ر. ديفيس؛ روبرت جونسون؛ جان ستيبانيك (2008). أساسيات طب الفضاء . ليبينكوت ويليامز وويلكنز. الصفحات 221-230 . ISBN  9780781774666أُرشف من المصدر الأصلي بتاريخ 2020-08-03 . تم الاطلاع عليه بتاريخ 2015-06-27 – عبر كتب جوجل.
  42. 1 2 "إطلاق رمز جديد لتحذير الجمهور من مخاطر الإشعاع" . الوكالة الدولية للطاقة الذرية. 15 فبراير 2007. مؤرشف من الأصل في 17 فبراير 2007.

الأدب

  • اللجنة الدولية للحماية من الإشعاع (2007). توصيات اللجنة الدولية للحماية من الإشعاع لعام 2007 (حوليات اللجنة الدولية للحماية من الإشعاع) . منشور اللجنة الدولية للحماية من الإشعاع رقم 103. المجلد  37: 2-4. ISBN 978-0-7020-3048-2أُرشف من الأصل في 16 نوفمبر 2012. تم الاطلاع عليه في 17 مايو 2012 .