يلعب الإشعاع دورًا رئيسيًا في الحياة الحديثة، سواء كان ذلك باستخدام الطب النووي أو استكشاف الفضاء أو توليد الكهرباء، يحيط بنا الإشعاع باستمرار نتيجة للعناصر المشعة التي تحدث بشكل طبيعي في التربة والهواء وجسم الإنسان على سبيل المثال.
اكتشاف وتطور الأشعة النووية
النشاط الإشعاعي في أبسط مستوياته هو مسألة طاقة والرغبة في استقرار العناصر غير المستقرة من خلال إطلاق الإشعاع، تنتقل العناصر من حالة طاقة إلى أخرى والتي في النهاية ستؤدي إلى أن العنصر لم يعد مشعًا، يجب التمييز بين النشاط الإشعاعي من ناحية والعناصر المشعة من ناحية أخرى، حيث أن النشاط الإشعاعي هو عملية إطلاق الطاقة، إما عن طريق الجسيمات (α) أو الفوتونات عالية الطاقة (γ الأشعة السينية).
العنصر المشع هو عنصر يمكن أن يتحلل بسبب اختلال توازن الطاقة المذكور أعلاه، وهي عملية قد تستغرق أقل من ثانية أو مليارات السنين، ونظرًا لأن هذه العناصر غير المستقرة والمعروفة باسم النويدات المشعة تتحلل، فإنها غالبًا ما تصبح عنصرًا مختلفًا بالإضافة إلى إطلاق الطاقة، والتي تقاس بالإلكترون فولت (eV) وتوجد العديد من النويدات المشعة في الطبيعة، ولكن يتم إنشاء العديد منها أيضًا في تفاعلات نووية مختلفة، مثل النجوم أو المفاعلات النووية أ.
الإشعاع المرتبط بشكل خاص بالطب النووي واستخدام الطاقة النووية إلى جانب الأشعة السينية هو إشعاع مؤين، مما يعني أن الإشعاع لديه طاقة كافية للتفاعل مع المادة، وخاصة جسم الإنسان وإنتاج الأيونات، أي يمكنه إخراج إلكترون من ذرة، ويمكن أن يتسبب هذا التفاعل بين الإشعاع المؤين والأنسجة الحية في حدوث ضرر.
تم اكتشاف الأشعة السينية من التفريغ عالي الجهد في عام 1895، واكتشف النشاط الإشعاعي الناتج عن تحلل نظائر معينة في عام 1896، ثم قام العديد من العلماء بدراسة هذه النظائر، وخاصة تطبيقاتها الطبية أدى ذلك إلى تحديد أنواع مختلفة من الإشعاع الناتج عن اضمحلال النوى الذرية، وفهم طبيعة الذرة.
آثار الإشعاع المؤين
تعتبر بعض الأشعة فوق البنفسجية الصادرة عن الشمس إشعاعًا مؤينًا، وتوفر نقطة انطلاق في دراسة تأثيراتها، كما تعتبر أشعة الشمس فوق البنفسجية مهمة في إنتاج فيتامين د لدى البشر، ولكن التعرض المفرط يؤدي إلى حروق الشمس وربما سرطان الجلد وتلف أنسجة الجلد، وقد لا يتم إصلاح هذا الضرر الذي يلحق بالحمض النووي بشكل صحيح بحيث يتطور السرطان بمرور الوقت وقد يكون قاتلاً.
إن التكيف من التعرض المنخفض المتكرر يمكن أن يقلل من الضعف، لكن التعرض لأشعة الشمس مطلوب بشكل مناسب باعتدال، ولا يخشى على نطاق واسع، فمعرفتنا بآثار الإشعاع المؤين ذي الموجة القصيرة من النوى الذرية مستمدة بشكل أساسي من مجموعات الأشخاص الذين تلقوا جرعات عالية.
يتمثل الاختلاف الرئيسي عن الأشعة فوق البنفسجية في أن أشعة بيتا وجاما والأشعة السينية يمكنها اختراق الجلد، حيث إن المخاطر المرتبطة بالجرعات الكبيرة من هذا الإشعاع المؤين راسخة نسبيًا، ومع ذلك فإن التأثيرات وأي مخاطر مرتبطة بجرعات أقل من 200 ملي سيفرت أقل وضوحًا؛ بسبب معدل الإصابة الأساسي الكبير بالسرطان الناجم عن عوامل أخرى.
التعرض للإشعاع المؤين
عند المستويات المنخفضة من التعرض، عادةً ما تقوم آليات الجسم الطبيعية بإصلاح الضرر الإشعاعي للحمض النووي في الخلايا فور حدوثه، ومع ذلك فإن الإشعاع عالي المستوى يطغى على آليات الإصلاح هذه وهو ضار، كما أن معدل الجرعة لا يقل أهمية عن الجرعة الإجمالية.
تستخدم اللجنة العلمية للأمم المتحدة المعنية بآثار الإشعاع الذري (UNSCEAR) حاليًا مصطلح الجرعة المنخفضة ليعني المستويات الممتصة التي تقل عن 100 ملي جرام، حيث تعرف الجرعة الممتصة العالية بأنها أكثر من حوالي 1000 ملي جرام بالنسبة لإشعاع بيتا وغاما، ويمكن اعتبار هذه الأرقام كجرعة مكافئة بالمللي سيفرت.
إن التعرض للإشعاع بدورة الوقود النووي يكون متوسط جرعة الإشعاع السنوية للعاملين في مناجم اليورانيوم (بالإضافة إلى الخلفية الطبيعية) حوالي 2 ملي سيفرت (تصل إلى 10 ملي سيفرت)، حيث يبلغ إشعاع الخلفية الطبيعي حوالي 2 ملي سيفرت في معظم المناجم، ويتم تحقيق الحفاظ على الجرعات عند هذه المستويات المنخفضة من خلال تقنيات تهوية مباشرة مقرونة بإجراءات صارمة للنظافة.
في بعض المناجم الكندية، باستخدام خام عالي الجودة للغاية يتم استخدام وسائل متطورة للحد من التعرض لجرعات المهنية في صناعة الطاقة النووية الأمريكية لعمليات التحويل والتخصيب وتصنيع الوقود وتشغيل المفاعل بمتوسط أقل من 3 ملي سيفرت في السنة، وهناك محطات المعالجة في أوروبا وروسيا تعالج الوقود المستخدم إلى استعادة اليورانيوم والبلوتونيوم القابل للاستخدام وفصل النفايات عالية النشاط الإشعاعي.
تستخدم هذه المرافق درعًا ضخمًا لفحص أشعة جاما على وجه الخصوص، حيث يتم تنفيذ العمليات اليدوية من قبل المشغلين خلف زجاج الرصاص باستخدام معدات المناولة عن بعد في تصنيع الوقود المختلط (MOX)، ولا يتطلب الأمر سوى القليل من التدريب، ولكن العملية بأكملها محاطة بالوصول عبر صناديق القفازات للقضاء على احتمال تلوث ألفا من البلوتونيوم.
