الفروق المثيرة بين جسيمات ألفا وبيتا وجاما

ما هي جسيمات ألفا وبيتا وجاما؟

ألفا وبيتا وجاما هي الأنواع الثلاثة للجسيمات التي تنتج عن “الانحلال الإشعاعي”. يكمن الاختلاف الجوهري بين جسيمات ألفا وبيتا وجاما في مكونات شحنتها. ألفا هو جسيم موجب الشحنة، وبيتا سالبة أو موجبة الشحنة. على العكس من ذلك، فإنّ جسيم جاما ليس له شحنة وبالتالي فهو محايد.

في الأساس، “الانحلال الإشعاعي” هو عملية تطلق فيها النوى الذرية غير المستقرة الطاقة من أجل الاستقرار. ويحدث هذا الإطلاق للطاقة في شكل أشعة ألفا وبيتا وجاما. مع انبعاث هذه الجسيمات، تتحول النواة إلى حالة طاقة أقل ويستمر التحلل حتى وقت استقرار النواة.

إذن، الجسيمات التي يعمل انبعاثها على استقرار نواة غير مستقرة هي ألفا وبيتا وجاما. يتم تمييز هؤلاء الثلاثة على أساس السلوك الذي يمتلكونه وقوة الاختراق.

اكتشف “هنري بيكريل” النشاط الإشعاعي في عام 1896م. علاوةً على ذلك، اكتشف “رذرفورد” بين عامي 1900م و1903م أنّ ألفا وبيتا وجاما هي المواد المشعة التي تنبعث نتيجة النشاط الإشعاعي. هنا سنناقش الاختلافات المختلفة بين الثلاثة.

جدول المقارنة بين جسيمات ألفا وبيتا وجاما

تعريف جسيمات ألفا وبيتا وجاما

تعريف جسيم ألفا

يُعرف جسيم ألفا أيضاً باسم أشعة ألفا. يتكون جسيم ألفا من بروتونين و(2) نيوترون مرتبطين ببعضهما البعض على غرار نواة الهيليوم. لذلك، ينتج عن اضمحلال ألفا جسيم ألفا. تمتلك جسيمات ألفا عموماً طاقة حركية تبلغ (5) ميغا إلكترون فولت ولها سرعة تبلغ حوالي (5٪) من سرعة الضوء.

نظراً لأنّه يحتوي على بروتونين ولا يوجد إلكترون لموازنة الشحنتين الموجبتين، فإنّ إجمالي الشحنة على جسيم ألفا الواحد هو (+2).

تعريف جسيم بيتا

تسمى هذه أيضاً أشعة بيتا وهي جسيمات مشحونة سالبة أو موجبة الوحدة تنبعث أثناء تحلل بيتا. تمتلك جسيمات بيتا طاقة حركية تبلغ حوالي (0.5) ميجا فولت وتنتشر تقريباً بسرعة الضوء. تنتج ذرة غير مستقرة غنية بالنيوترونات جسيمات بيتا. في هذا الأساس، تستقر الذرة غير المستقرة عن طريق إزالة النيوترونات وتحويلها إلى إلكترونات أو بوزيترونات.

تعريف جسيم جاما:

تُعرف جسيمات جاما أيضاً بأشعة جاما وهي غير مشحونة. هذه فوتونات عالية الطاقة تحمل موجات كهرومغناطيسية. تقع طاقة أشعة جاما بين عدد قليل من (KeV) وحوالي (8 MeV) وأحياناً تتراوح طاقة أشعة جاما عالية الطاقة من (100) إلى (1000 TeV).

نظراً لأنّ هذه لا تمتلك أي خصائص لمادة مشحونة، فإنّها تظل غير متأثرة بالمجال الكهربائي والمغناطيسي. وبالتالي، لا يحدث اختلاف في العنصر الكيميائي عند انبعاث جسيم جاما.

الاختلافات الرئيسية بين جسيمات ألفا وبيتا وجاما

• جسيم ألفا هو جسيم موجب الشحنة يتكون من (2) بروتونات و(2) نيوترون. في حين أنّ جسيم بيتا عبارة عن جسيم مشحون يتكون من وحدة شحنة سالبة أو موجبة. مقابل ذلك، لا يحتوي جسيم جاما على مكونات شحنة وهو ذو طبيعة محايدة.

• عندما ينبعث جسيم ألفا من نواة، فإنّ إطلاق شحنة موجبة يغير التركيب الكيميائي للعنصر. وبالمثل، عندما ينبعث جسيم بيتا، فإنّ إطلاق أي من الإلكترون أو البوزيترون يغير العنصر الكيميائي. بينما عندما ينبعث جسيم جاما، فلا يوجد تغيير في العنصر الكيميائي.

• تتمتع جسيمات جاما بأعلى قدرة اختراق مقارنة بالاثنين الآخرين. في حين أنّ جسيمات ألفا لديها أقل قدرة اختراق ويمكن إيقافها بواسطة ورقة. على العكس من ذلك، تتمتع جسيمات بيتا بقدرة اختراق معتدلة والتي تكون عموماً (100) مرة أكثر من جسيم ألفا.

• سرعة انتشار جسيمات ألفا أقل بالمقارنة مع بيتا وجاما. في الأساس، تكون سرعة جسيمات بيتا مساوية تقريباً لسرعة الضوء، وتتحرك جسيمات جاما بسرعة الضوء.

• كتلة جسيم ألفا هي أكثر من جسيم بيتا، حيث أنّ كتلة جسيم بيتا تساوي (1/1000) من كتلة جسيم البروتون. بينما جسيم جاما عديم الكتلة.

• في وجود المجال الكهربائي والمغناطيسي، تنحرف جسيمات ألفا وبيتا نحو الصفائح السلبية والإيجابية على التوالي. لكن جسيمات جاما لا تظهر مثل هذا الانحراف.

• عندما يحدث الانبعاث، تنتقل جسيمات ألفا عموماً إلى مدى يصل إلى سنتيمترات معينة فقط. في حين أنّ أعلى مدى انتشار تقدمه جسيمات جاما مقابل بيتا يمكن أن يسافر مسافة معتدلة بشكل كبير بالأمتار.

• أعلى كتلة من جسيم ألفا من بيتا وجاما تمثل أعلى قوة تأين. ومع ذلك، نظراً لأنّ النيوترون عديم الكتلة، فإنّ لديه أقل قوة تأين وجسيم بيتا يمتلك قوة تأين معتدلة.

تطبيقات جسيمات ألفا وبيتا وجاما

لذلك، تخلص المناقشة أعلاه إلى أنّه وفقاً للخاصية التي تمتلكها جسيمات ألفا وبيتا وجاما، يتم تمييزها. تُستخدم جسيمات ألفا في العلاج الإشعاعي أثناء علاج السرطان حيث أنّ لها قدرة اختراق منخفضة وبالتالي تكون فرص تلف الخلايا السليمة أقل. بينما تستخدم جسيمات بيتا للتحقق من سماكة المادة وتستخدم جسيمات جاما في الصناعة النووية.

أيهما أكثر خطورة: ألفا أم بيتا أم جاما؟

هذا السؤال أكثر تعقيداً مما يبدو للوهلة الأولى، حيث يمكن للإشعاع أن يسبب ضرراً من الخارج ومن داخل الكائن الحي. تشكل قدرة أشعة ألفا وبيتا وجاما مستويات متفاوتة من الخطر خارجياً وداخلياً.

أشعة ألفا لها قوة اختراق ضعيفة، يمكن أن تسبب القليل من الضرر من الخارج، ويمكن أن تقاوم الطبقة الخارجية من الجلد الميت في البشر، أو ورقة سميكة، أو طبقة من الملابس اختراق ألفا. ومع ذلك، تمتلك جسيمات ألفا أيضاً أكبر كتلة، مما يعني أنّ لديها أكبر قوة تأين.

إذا دخل جسيم ألفا بطريقة ما إلى النظام من خلال الاستنشاق أو البلع، فإنّه يصبح الأكثر خطورة. لا تحدث فرص دخول جسيمات ألفا إلى النظام إلا في حالات وقوع حادث نووي أو انفجار نووي. بمجرد دخولها، يمكن أن تسبب جسيمات ألفا أقصى قدر من الضرر لأنسجة البشر والكائنات الحية الأخرى.

تكون جزيئات بيتا أصغر حجماً ولها قدرة أقل على تدمير الأنسجة عندما تكون داخل الكائن الحي. ومع ذلك، لديهم قوة اختراق أكبر. من الخارج، يمكن لجزيئات بيتا أن تحرق جلد الإنسان. سيكون مشابهاً لحروق الشمس الشديدة.

تتمتع أشعة جاما بأعلى قوة اختراق. يتعرض الكائن الحي مثل الإنسان الذي يتعرض لأشعة جاما لخطر كبير للإصابة بنخاع العظام وتلف الأعضاء الداخلية. يمكن أن تمر أشعة جاما عبر الجسم، مما يؤدي إلى إتلاف الأنسجة والحمض النووي في هذه العملية. يعتبر العلماء أنّ أشعة جاما هي أخطر أشكال الإشعاع.