نيوكليد مشع

النيوكليد المشع radionuclide (النيوكليد الإشعاعي radioactive nuclide، النظير المشع radioisotope أو النظير 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؛ الانتقال إلى أحد إلكتروناتها ليتم إطلاقها على هيئة إلكترون متحول؛ أو تستخدم لخلق وبث جزيء جديد (جزيء ألفا أو جزيء بيتا) من النوية. أثناء هذه العمليات، يقال أن النيوكليد المشع 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 جديد والذي قد يكون خاضعاً لإضمحلال آخر. الاضمحلال المشع هو عملية على مستوى الذرات المفردة: وهو عملية يمكن التنبؤ بها عندما توشك إحدى الذرات المعينة على الاضمحلال . ومع ذلك، ولكل مجموعة من ذرات العنصر الواحد معدل اضحملال، ومن ثم عمر النصف (t_1/2) 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 أو اصطناعياً في المفاعلات النووية، المسرعات الدورانية، مسرعات الجسيمات أو مولدات 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 أو كنيوكليدات 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 أن تتواجد كنيوكليدات مشعة. حتى أخف العناصر، الهيدروجين، لديه نيوكليد مشع شهير، التريتيوم. العناصر الأثقل من الرصاص، وعنصري التكنتيوم والپرومثيوم تتواجد فقط كنيوكليدات مشعة.

هذا الرسم البياني العصوي يقارن قراءات النظائر التي وُجِدت في الميدان في يونيو 2011 ضمن 500 متر من مفاعل فوكوشيما-الوحدة 1 (إلى اليسار) والبيانات المناظرة في تقرير من OECD لكارثة تشرنوبل (يمين).

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 أو ابتلاع)، 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 أو العلاج.

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

 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.

ويكتب رمز النوكليد (نواة الذرة لعنصر) X كالآتي:

${}_{Z}^{A}X_{N}$, وعلى سبيل المثال :

${}_{27}^{60}\mathrm {Co} _{33}$

هذه هي نواة ذرة الكوبلت-60 أو بطريقة أسهل  :

⁶⁰Co أو Co-60.

وكل نظير مشع يتميز بنشاط إشعاعي وعمر النصف ، ونوع الأشعة التي يصدرها من خلال نشاطه الإشعاعي ، وطاقة كل 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 الجو المحيط بسبب الاشعة الكونية، مثال ذلك كربون-14. وكذلك تتولد النظائر الثقيلة في المستعرات العظمى وتنتشر في الفضاء.

 الاصطناعية

النيوكليد الاصطناعي أمريكيوم-241 يشع جزيئات ألفا داخل الغربة السحابية للتصور.

يمكن تحضير النظائر صناعيا بواسطة التفاعلات النووية لاستخدامها في الطب والصناعة والمراكز العلمية. يجري ذلك في معجلات الجسيمات أو في مولدات النظائر المشعة في مفاعل نووي صغير. وتتمثل مخاطر النظائر المشعة في تلويث البيئة اشعاعيا إذا ما تسربت بشكل أو بآخر إلى الجو المحيط 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 كل الدول وتضعها من ضمن قوانينها المدنية (أنظر قوانين الوقاية من الإشعاع).

 الاستخدامات

تستخدم النظائر المشعة في مجالات عديدة منها:

1. اقتفاء سير التفاعلات الكيميائية ودراسة تحركها.
2. 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.
3. في الطب مثل علاج إشعاعي وعلاج باليود المشع ومعالجة الأورام السرطانية وذلك من خلال إعطاء المريض مادة مشعة تقضي على الورم.
4. في تقدير عمر الأشياء القديمة فقد قدر عمر الأرض من معرفة معدل الاشعاع في اليورانيوم والرصاص. كما قدرت أعمار الأمم البائدة وذلك من الاشعاع الناتج من الكربون-14 المتبقي على قطعة خشب أو قماش 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 أهم 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 أو ديوتريوم
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

حاوية أمريكيوم في كشاف دخان.

كبسولة أمريكيوم-241 كما توجد في كشاف الدخان. دائرة المعدن الأكثر دكانة في الوسط هي أمريكيوم-241؛ الغلاف المحيط هو من الألومنيوم.

 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

انظر أيضاً: قائمة النيوكليدات and جدول النيوكليدات

 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 علم الأحياء
• تأريخ إشعاعي
• Radionuclide cisternogram
• استخدام النشاط الإشعاعي في آبار النفط والغاز

 الهوامش

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

 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 3527406115.

 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 3527306730.

 وصلات خارجية

• 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