Published in: الفيزياء

فوتون غاما

Author د. هالة وتار

Published on: 20 يناير، 2024

د. هالة وتار

تدقيق لغوي: أ. موانا دبس

ما هو الفوتون؟

الفوتون هو كمياتٌ من الأشعة الكهرومغناطيسية تتواجد في العديد من أشكال الأشعة، والذي يميز هذه الأشعة عن بعضها هي طاقة الفوتون، مثلاً: فوتونات الضوء المرئي ،والأشعة تحت الحمراء منخفضة الطاقة، بينما فوتونات الأشعة السينية وأشعة غاما ذات طاقةٍ عالية. تتحدد طاقة الفوتون من جداء ثابت بلانك بتردُّد الإشعاع الكهرومغناطيسي، أي تتناسب طاقة الفوتون عكسياً مع طول موجته، وتقاس طاقة الفوتون بوحدة الإلكترون فولت، والذي يساوي 1.6×10^-19 جول.

ما هو فوتون غاما؟

تصدر أشعة غاما من النوى المُشعّة على شكل حزمٍ تُدعى الفوتونات (Photons)، وتمتاز فوتونات غاما بطول موجتها القصير، وطاقتها العالية إذ تتراوح طاقات غاما من مليون إلكترون فولت حتى عشرة مليون إلكترون فولت. ^[1]

تاريخ اكتشاف فوتون غاما

اكتشف العالم بيكرل النشاط الإشعاعي عام 1896، وفي عام 1902 اكتشف العالم رزرفورد ثلاثة أنواعٍ من الإشعاع يمكن أن تنتج من تحلُّل المواد المُشعّة، وهي إشعاع ألفا، وبيتا، وغاما.

ما هي خواص فوتون غاما؟

تتمتع فوتونات غاما بالعديد من الخصائص: ^[2]

1- هي أشعةٌ كهرومغناطيسية تتحرك بسرعة الضوء.

2- تعدُّ من الجسيمات الأولية رغم عدم امتلاكها كتلة، حيث تمتلك طبيعةً مزدوجة (جسيمية، موجية).

3- شديدة الاختراق للمواد التي تمرُّ بها، لا يوقفها إلا ألواحٌ رصاصية.

4- لا تمتلك شحنة، فلا تتأثر بالمجالين الكهربائي والمغناطيسي.

5- تفاعلها مع المواد قليل، قد تتشتّت أو تُمتص.

ما هي مصادر فوتون غاما؟

هناك مصادر طبيعية لفوتونات غاما ومصادر صناعية: ^{[3] [4]}

● الشمس: تُعتبر أكبر مصدرٍ لفوتونات غاما، وذلك خلال تفاعل الاندماج النووي، حيث تتحد أربع نوى ذرات هيدروجين، لتنتج نواة الهليوم، ويرافق هذا التفاعل إصدار كمٍّ كبير من الطاقة ثلثها على شكل فوتونات غاما.

● تُشِعُّ النجوم والمستعرات العظمى طاقتها في الفضاء على أشكالٍ مختلفة من الفوتونات، بما في ذلك فوتونات الضوء المرئي، والأمواج الراديوية، وفوتونات الأشعة السينية، وفوتونات إشعاع غاما.

● يمكن أن تنتج فوتونات غاما في الكون من تصادم كيانين ممغنطين، مثل: النجوم النيوترونية.

● غالباً ما يرافق إصدار فوتونات غاما تحلُّل النوى المُشعّة المصدرة لجسيمات ألفا وبيتا.

● تنتج فوتونات غاما عن المفاعلات الانشطارية والاندماجية.

● تنتج فوتونات غاما من تحلُّل النوى المُشعّة الطبيعية، مثل: نواة اليورانيوم، والثوريوم.

● من مصادر فوتونات إشعاع غاما الطبيعية: البوتاسيوم 40-، والكربون 14-.

ما هي تطبيقات فوتون غاما؟

توجد العديد من تطبيقات إشعاع فوتونات غاما، ونذكر بعضها: ^[1]

1- في التطبيقات الصناعية

تستخدم أشعة غاما في فحص الأمتعة في المطارات، وفي إجراء التحاليل الكمية والكيفية لمعرفة مكونات منتجٍ ما، كما تستخدم في اكتشاف عيوب السبائك المعدنية، كما يستخدم السيزيوم137- للتحكم في جريان السوائل في العمليات الصناعية.

2- في التطبيقات الزراعية

لتحسين مردود الإنتاج الزراعي، وتحسين مواصفات بعض المنتجات الزراعية، كمنع تبرعم البطاطا، وحفظ الفواكه، والخضروات لفترةٍ طويلةٍ من التلف، وغير ذلك، حيث يعمل الإشعاع على قتل البكتريا والحشرات.

3- في التطبيقات الطبية

ما هي استخدامات فوتونات إشعاع غاما في المجالات الطبية؟

● تعقيم المواد الطبية، حيث يستخدم الكوبالت 60-.

● في التشخيص الإشعاعي: عن طريق إدخال المواد المُشعّة المُصدّرة لفوتونات غاما (التكنيشيوم 99m-) إلى جسم المريض، كجهاز التصوير الومضاني.

● في العلاج الإشعاعي: عن طريق التعرُّض الخارجي لفوتونات غاما، كما في حالة وحدة الكوبالت العلاجية (Co-60)، حيث تعمل فوتونات غاما على تأيين النُّسج البشرية، وإنتاج الجذور الحرة التي تقتل الخلايا السرطانية.

ما هي أخطار التعرُّض لفوتونات أشعة غاما؟

كما ذكرنا أنه هناك تطبيقات كثيرة لإشعاع غاما في مجالاتٍ عديدة، ولكن علينا الحذر والتقليل ما أمكن من التعرُّض لفوتونات أشعة غاما، فالتعرُّض لإشعاع غاما بكمياتٍ قليلة (جرعات صغيرة)، ولفترةٍ زمنيةٍ قصيرة قد يُسبّب دواراً، وصداعاً، وغثياناً، وإسهالاً، وشعوراً بالتعب، وتختلف حدة هذه الأعراض مع مقدار جرعة التعرُّض، وزيادة فترة التعرُّض للإشعاع.

بينما التعرُّض لجرعٍ إشعاعيةٍ كبيرة قد يؤدي إلى الحروق الجلدية، وفقدان الشعر، وقد يُسبّب إعتام عدسة العين، والإصابة بالأورام السرطانية، وقد يؤدي في بعض الحالات إلى الوفاة، ولا يقتصر خطر الإشعاع على الشخص المُتعرّض للإشعاع، وإنما قد يؤثر على أجياله اللاحقة. ^[5]