نويدة مشعة

📅 آخر تحديث: ٣ أغسطس ٢٠٢٦
✍️ نُشر في: ٣ أغسطس ٢٠٢٦
الموسوعة الحرة

النظير المشع هو نظير ينتج عن عملية التحلل الإشعاعي . وقد يكون مشعًا ( نظير مشع ) أو مستقرًا ( نظير مستقر ).

تُعدّ النظائر المشعة (المعروفة أيضاً باسم النظائر المشعة ) من أهم الأدوات في علم الجيولوجيا. وتُستخدم بطريقتين رئيسيتين:

  1. بالمقارنة مع كمية "النظير الأم" المشع في النظام، يتم استخدام كمية "المنتج الابن" المشع كأداة للتأريخ الإشعاعي (على سبيل المثال، التأريخ الجيولوجي لليورانيوم والرصاص ).
  2. بالمقارنة مع كمية نظير غير مشع لنفس العنصر، تُستخدم كمية النظير المشع لتحديد بصمته النظيرية (مثل 206Pb / 204Pb ). تُناقش هذه التقنية بمزيد من التفصيل تحت عنوان " الكيمياء الجيولوجية النظيرية" .

أمثلة

بعض النظائر الموجودة في الطبيعة مشعة بالكامل، لكن جميعها نظائر مشعة، ذات أعمار نصفية قصيرة جدًا بحيث لا يمكن أن تكون قد وُجدت في الأصل ولا تزال موجودة حتى اليوم. لذا، فهي موجودة فقط كنواتج مشعة إما لعمليات تحلل مستمرة، أو لعمليات كونية (ناتجة عن الأشعة الكونية) تُنتجها في الطبيعة حديثًا. وهناك عدد قليل آخر يُنتج طبيعيًا عن طريق عمليات نووية (تفاعلات نووية طبيعية من أنواع أخرى، مثل امتصاص النيوترونات).

بالنسبة للنظائر المشعة التي تتحلل ببطء كافٍ، أو النظائر المستقرة ، يوجد دائمًا جزء بدائي منها، لأن جميع النظائر المستقرة ذات العمر الطويل بما يكفي توجد في الواقع بشكل طبيعي في الأصل. وقد يوجد جزء إضافي من بعض هذه النظائر أيضًا بشكل مشع.

يُعدّ الرصاص ربما أفضل مثال على مادة مشعة جزئيًا، إذ تتواجد نظائره المستقرة الأربعة ( 204Pb ، 206Pb ، 207Pb ، و 208 Pb) في الأصل بنسب معروفة وثابتة. مع ذلك، يتواجد 204Pb في الأصل فقط ، بينما قد تتواجد النظائر الثلاثة الأخرى أيضًا كمنتجات تحلل إشعاعي لليورانيوم والثوريوم . تحديدًا، يتكون 206Pb من 238U ، و 207 Pb من 235U ، و 208 Pb من 232Th . في الصخور التي تحتوي على اليورانيوم والثوريوم، تسمح الكميات الزائدة من نظائر الرصاص الثلاثة الأثقل بتحديد عمر الصخور، مما يوفر تقديرًا زمنيًا لوقت تصلب الصخر وثبات نسبة النظائر في المعدن.

ومن النظائر المشعة البارزة الأخرى الأرجون -40، المتكون من البوتاسيوم المشع . معظم الأرجون الموجود في الغلاف الجوي للأرض مشع، بينما الأرجون البدائي هو الأرجون-36.

بعض النيتروجين -14 مشع، قادم من تحلل الكربون-14 (نصف العمر حوالي 5700 سنة)، ولكن الكربون-14 تشكل في وقت سابق من النيتروجين-14 بفعل الأشعة الكونية.

من الأمثلة المهمة الأخرى للعناصر المشعة الرادون والهيليوم ، وكلاهما يتكون أثناء تحلل العناصر الأثقل في الصخور الأساسية. الرادون عنصر مشع بالكامل، إذ أن عمر النصف له قصير جدًا بحيث لا يمكن أن يكون قد وُجد في الأصل. أما الهيليوم، فيوجد في قشرة الأرض في الأصل، لأن كلاً من الهيليوم -3 والهيليوم -4 مستقران، وقد احتُجزت كميات ضئيلة منهما في قشرة الأرض أثناء تكوينها. الهيليوم-3 عنصر بدائي بالكامل تقريبًا (تتكون كمية ضئيلة منه بفعل التفاعلات النووية الطبيعية في القشرة). يمكن أيضًا إنتاج الهيليوم-3 كناتج تحلل التريتيوم ( ³H )، وهو ناتج عن بعض التفاعلات النووية، بما في ذلك الانشطار الثلاثي . يُعدّ الهيليوم المشعّ المصدر الرئيسي للهيليوم العالمي (الموجود في آبار الغاز والغلاف الجوي) بنسبة تتراوح بين 90% و99%، ويتضح ذلك من خلال زيادة تركيز الهيليوم-4 المشعّ فيه بمقدار يتراوح بين 10 و100 ضعف مقارنةً بنسبة الهيليوم-4 إلى الهيليوم-3 في الأصل. وتُعرف هذه النسبة الأخيرة من مصادر خارج الأرض، مثل بعض صخور القمر والنيازك، التي تخلو نسبياً من المصادر الأصلية للهيليوم-3 والهيليوم-4.

كما هو الحال مع الرصاص-204، فإن النظائر المشعة غالباً ما تكون غير مشعة. في هذه الحالة، إذا كان عمر النصف للنظير الأصلي قصيراً جداً بحيث لا يسمح له بالبقاء منذ العصور البدائية، فإن النظير الأصلي سيختفي، ولن يُعرف إلا بوجود فائض نسبي من نظيرته المستقرة. عملياً، يحدث هذا لجميع النظائر المشعة التي يقل عمر النصف لها عن 50 إلى 100 مليون سنة تقريباً. تتشكل هذه النظائر في المستعرات العظمى ، ولكنها تُعرف بالنظائر المشعة المنقرضة ، لأنها لا تُرى مباشرة على الأرض اليوم.

من الأمثلة على النظائر المشعة المنقرضة اليود-129 ؛ إذ يتحلل إلى زينون-129، وهو نظير مستقر للزينون يظهر بوفرة مقارنةً بنظائر الزينون الأخرى. يُعثر عليه في النيازك التي تكثفت من سحابة الغبار البدائية للنظام الشمسي، والتي حُبس فيها اليود-129 البدائي (نصف عمره 15.7 مليون سنة) خلال فترة قصيرة نسبيًا (ربما أقل من 20 مليون سنة) بين تكوّن اليود-129 في مستعر أعظم، وتكوّن النظام الشمسي نتيجة تكثف هذا الغبار. يظهر اليود-129 المحبوس الآن بوفرة نسبية من الزينون-129. كان اليود-129 أول نظير مشع منقرض يُستدل عليه، وذلك في عام 1960. ومن النظائر الأخرى الألومنيوم-26 (الذي استُدل عليه أيضًا من المغنيسيوم-26 الزائد الموجود في النيازك)، والحديد-60.

النظائر المشعة المستخدمة في الجيولوجيا

يُبين الجدول التالي بعضًا من أهم أنظمة النظائر المشعة المستخدمة في الجيولوجيا، مرتبةً تنازليًا حسب عمر النصف للنظير الأم المشع. القيم المذكورة لعمر النصف وثابت الاضمحلال هي القيم المتفق عليها حاليًا في مجتمع جيولوجيا النظائر. [ 1 ]

** يشير إلى ناتج التحلل النهائي لسلسلة.

الوحدات المستخدمة في هذا الجدول: جيجا سنة = 10⁹ سنة ، مليون سنة = 10⁶ سنة ، كيلو سنة = 10⁻³ سنة

النواة الأم النواة الابنة ثابت الاضمحلال (سنة −1 ) نصف العمر
190 نقطة 186 أوس 1.477 × 10 −12483 مليار سنة [ 2 ]
147 سم 143 ند 6.54 × 10 −12106 مليار سنة
87 روبية 87 كبير 1.402 × 10 −1149.44 مليار سنة
187 إعادة 187 أوس 1.666 × 10 −1141.6 مليار سنة
176 لو 176 هف 1.867 × 10 −1137.1 مليار سنة
232 Th 208 رصاصة** 4.9475 × 10 −1114.01 مليار سنة
40 ألف 40 أر 5.81 × 10 −1111.93 مليار سنة [ 3 ]
238 يو 206 رصاصة** 1.55125 × 10 −104.468 مليار سنة
40 ألف 40 كالوري 4.962 × 10⁻¹⁰1.397 مليار سنة
235 يو 207 رصاصة** 9.8485 × 10 −100.7038 مليار سنة
129 أنا 129 زينون 4.3 × 10 −816 مليون سنة
10 كن 10 ب 4.6 × 10 −71.5 مليون سنة
26 أ 26 ملغ 9.9 × 10 −70.70 مليون سنة
36 سنتيلتر 36 Ar (98%) 36 S (2%) 2.24 × 10 −6310 ألف سنة
234 يو 230 Th 2.826 × 10 −6245.25 ألف سنة
230 Th 226 را 9.1577 × 10 −675.69 ألف سنة
231 باسكال 227 فدان 2.116 × 10 −532.76 ألف سنة
14 درجة مئوية 14 شمالاً 1.2097 × 10 −45730 سنة
226 را 222 Rn 4.33 × 10 −41600 سنة

الحرارة المشعة

يحدث التسخين الإشعاعي نتيجةً لانبعاث الطاقة الحرارية من التحلل الإشعاعي [4] أثناء إنتاج النويدات المشعة. وإلى جانب الحرارة البدائية (الناتجة عن تراكم الكواكب)، يُشكل التسخين الإشعاعي في الوشاح والقشرة المصدرين الرئيسيين للحرارة في باطن الأرض . [ 5 ] وينتج معظم التسخين الإشعاعي في الأرض عن تحلل النوى الوليدة في سلاسل تحلل اليورانيوم-238 والثوريوم -232 والبوتاسيوم -40 . [ 6 ] ويُعدّ التسخين الإشعاعي مصدر قلق بالغ في إدارة النفايات المشعة ، ومن المتوقع أن يرفع بشكل ملحوظ درجة حرارة المستودع الجيولوجي العميق المُخصص للتخلص طويل الأمد من النفايات عالية الإشعاع . [ 7 ]

انظر أيضاً

مراجع

  1. ↑ ديكين، أ.ب. (2018). جيولوجيا النظائر المشعة . مطبعة جامعة كامبريدج. doi : 10.1017/9781316163009 .
  2. ↑ كونديڤ، إف جي؛ وانغ، إم؛ هوانغ، دبليو جي؛ نعيمي، إس؛ أودي، جي. (2021). "تقييم NUBASE2020 للخواص النووية" (ملف PDF) . الفيزياء الصينية ج . 45 (3) 030001. doi : 10.1088/1674-1137/abddae .
  3. ملاحظة : هذا ليس عمر النصف للبوتاسيوم -40 ، بل عمر النصف الذي يتوافق مع ثابت الاضمحلال إلى الأرجون -40 . حوالي 89% من البوتاسيوم -40 يتحلل إلىالكالسيوم -40.
  4. ↑ ألابي، أليسا؛ مايكل ألابي (1999). "التسخين الإشعاعي" . قاموس علوم الأرض . تم الاطلاع عليه بتاريخ 24 نوفمبر 2013 .
  5. ↑ موتر، جون سي. "الأرض كمحرك حراري" . مقدمة في علوم الأرض 1. جامعة كولومبيا . ص 3.2 حمل الوشاح . تم الاطلاع عليه بتاريخ 23 نوفمبر 2013 . 
  6. ↑ دوميه، بيل (27 يوليو 2005). "ظهور النيوترينوات الأرضية لأول مرة؛ الحرارة الإشعاعية في الأرض" . عالم الفيزياء . معهد الفيزياء. مؤرشف من الأصل في 7 مايو 2017. تم الاطلاع عليه في 23 نوفمبر 2013 .
  7. ↑ كوركهيل، كلير؛ هايات، نيل (2018). إدارة النفايات النووية . دار نشر IOP. doi : 10.1088/978-0-7503-1638-5 . ISBN 978-0-7503-1638-5.