الإشعاع الطبيعي في التربة

الإشعاع الطبيعي في التربة :

اليورانيوم والثوريوم والراديوم معادن ثقيلة مشعة تنشأ طبيعياً في التربة حيث يمثل اليورانيوم النسبة الأكثر وجوداً في قشرة الأرض ويميل أيضا إلى الانتشار خلال التربة لأن الصخور الموجودة في القشرة الخارجية عانت من عمليات التجوية وعوامل التعرية (مياه,هواء,نباتات,حيوانات) ونتيجة لهذه العمليات والعوامل المختلفة الأخرى تكونت التربة ويعتمد المفهوم الأساسي لتلوث التربة على المعلومات المتعلقة بعمليات الانتقال والتراكم بعيداً عن موقع التلوث ، لأن تراكم المواد المشعة وحركتها يعتمد على تفاعل المواد والمركبات مع الجزء الصلب من التربة وان نوع هذا التفاعل يعكس قدرة التربة على الاحتفاظ بالمواد المشعة ومن جهة أخرى فإن معدل سقوط الأمطار وكمية مياه الري ونوع النباتات المزروعة وعمليات إدارة التربة تؤدي إلى حركة الملوثات المشعة إلى المياه الجوفية أو انتقالها إلى النباتات أو الأوساط الأخرى كالماء والهواء.
ويتضمن النشاط الإشعاعي لنماذج التربة النويدات المشعة التي تعود الى سلسلة 238U أهمها Ra 226 الذي يبلغ تركيزه في التربة (6-7 Bq/kg) ,
وهناك كميات قليلة من 137Cs لا تتجاوز (10 Bq/kg) .

وهناك ثلاث سلاسل طبيعية تنشأ منها معظم النظائر المشعة طبيعياً هي :-
1- سلسة اليورانيوم –238 :- ينحل النظير (U 238)خلال سلسلة مكونة من
(14) نويدة مشعة تنتهي إلى نظير الرصاص (Pb 206 )المستقر كما في الشكل أدناه.
2- سلسلة الثوريوم- 232:- ينحل النظير (232Th) خلال سلسلة مكونة من
(15) نويدة مشعة الى نظير (Pb 208) المستقر.
3- سلسلة الاكتنيوم –235 :- ينحل النظير (U 235) انحلالاً متسلسلاً خلال سلسلة مكونة من (11) نويدة مشعة تنتهي إلى نظير(207Pb) المستقر.
ونلاحظ أن كلاً من هذه السلاسل تبدأ بعنصر ذي عمر نصف طويل جداً وتضحمل في نهاية الأمر لتصل إلى نظير الرصاص المستقر ويفترض ان سلسلة أخرى(النبتونيوم) قد وجدت على الأرض في عصور سابقة لكنها اضمحلت بسرعة اكبر من ان تكشف في وقتنا هذا.

والشكل الآتي يوضح سلسلة تحلل اليورانيوم (238) إلى رصاص (206) :

أولى خطوات هذه السلسلة تتضمن تحول نظير اليورانيوم (238) إلى نظير الثوريوم (234) وينتج بفعل هذا الانحلال انطلاق دقائق ألفا ، ويتم تمثيل هذا التفاعل النووي على النحو التالي:


يتم تمثيل دقائق ألفا الناتجة عن التفاعل بأنوية الهيليوم .
يسمى هذا النوع من التفاعلات والتي يظهر فيها كل من العدد الذري والعدد الكتلي وينتج عنها عناصر جديدة أخرى بالتفاعلات النووية

وفي الخطوة الثانية يتحول الثوريوم إلى نظير البروتاكتينيوم مطلقاً جسيمة بيتا




الرمز يمثل الكترون ( بيتا ) مصدره النواة ، شحنته (-1) وكتلته ( صفر )

الخطوة الثالثة تتمثل في تحول البروتاكتينيوم إلى نظير اليورانيوم مطلقاً من جديد دقائق بيتا وذلك وفق المعادلة النووية التالية:



تمثل الخطوة الرابعة تحول نظير اليورانيوم إلى نظير الثوريوم وتنطلق دقائق ألفا بفعل هذا التحول :




ثم يعود الثوريوم في الخطوة الخامسة للتحول إلى نظير الراديوم وتنطلق دقائق ألفا :


والآن يمكنك ملاحظة سبب وجود الراديوم في خام اليورانيوم .

وفي الخطوة السادسة يتحول الراديوم إلى نظير الرادون :




ثم يتحول الرادون في الخطوة السابعة إلى نظير البولونيوم :



وهكذا تستمر سلسلة التحولات ، وينتج في كل مرحلة منها نظير غير مستقر إلى أن يصل اليورانيوم في تحللاته إلى نظير الرصاص (206) المستقر في سلسلة من (14) خطوة .
يسمى هذا النوع من السلاسل بسلسلة النشاط الإشعاعي Radioactive Series أو سلسلة التحلل Decay Series.
العدد الكتلي


العدد الذري
أنواع الإشعاعات:
يوجد نوعان أساسيان للإشعاع هما:
أ‌- إشعاع مؤين(Ionizing Radiation)
سمي بذلك لان هذا النوع من الإشعاع له القدرة على تايين الذرات التي يمر خلالها مثل الإشعاعات الكهرومغناطيسية( أشعة اكس وأشعة كاما والاشعه الكونيه) وإشعاعات جسيمية مثل (جسيمات بيتا وإلفا والنيوترونات والبروتونات ).
ب - إشعاع غير مؤين(Non-Ionizing Radiation)
اي ليس له القدرة على تايين الذرات التي يمر خلالها مثل موجات الراديو والتلفزيون وموجات الرادار والموجات الحرارية ذات الأطوال الموجيه القصيرة (ميكروويف) وموجات الأشعة تحت الحمراء والاشعه فوق البنفسجية والضوء العادي وأشعة الليزر.

الإشعاعات النووية:-
خلال السنوات العديدة من اكتشاف النشاط الإشعاعي وجد أن النوى النشطة إشعاعيا تقذف بشكل طبيعي نوعا واحدا أو أكثر من ثلاثي أنواع من الإشعاعات (جسيمات ألفا وجسيمات بيتا وأشعة كاما ) التي أمكن التمييز فيما بينها وذلك كما يأتي:-
1- قدرة اختراقها للوسط الذي تمر فيه .
2- قابلية تأينها لذرات وجزيئات المواد التي تمر خلالها .
3- سلوكها في المجالين الكهربائي والمغناطيسي.
الإشعاع المؤين:
يقسم إلى:
1- جسيمات (دقائق) ألفا:
تتميز جسيمات ألفا بالاتي :-
1- هي عبارة عن نوى ذرات الهليوم أي أنها موجبة الشحنة .
2- سرعة جسيمات ألفا تعتمد على نوع المصدر المشع .
3- أن مدى جسيمات ألفا في الهواء يعادل بضع سنتمترات ويمكن إيقافها بواسطة ورقه سميكة.
4- تحدث تأينا في الغاز الذي تمر خلاله.
5- تتأثر بالمجال المغناطيسي حيث تنحرف نحو الاتجاه السالب وتكون ثقيلة نسبيا وتحمل شحنه موجبه.
6- قوة الاختراق لجسيمات إلفا ضعيفة جدا حيث أنها تفقد طاقتها بمجرد خروجها من العنصر المشع، وان سبب قلة أمكانيه جسيمات ألفا لاختراق المواد يعود إلى شحنتها العالية التي تسبب تأينا عاليا للمادة التي تمر من خلالها وبذلك تفقد طاقتها بسرعة مما يجعل مداها قصيراً .
ومن الممكن أن تسبب أذى وضرر صحي في الانسجه خلال المسار البسيط ويتم امتصاص هذه الاشعه بالجزء الخارجي من جلد الإنسان ولذلك لا تعتبر جسيمات ألفا ذات ضرر خارج الجسم ولكن من الممكن أن تسبب ضرر كبير أذا تم استنشاقها أو بلعها أو دخولها إلى الجسم نتيجة وجود جرح به فإنها تكون مؤذيه جدا. وعند مرور جسيمات ألفا في المادة تحدث تأينا لذراتها بسبب شحنتها العالية ولا يكون التأين متجانسا على طول مسارها وإنما يصل إلى أقصاه قرب نهاية مداها وتستخدم خاصية قابليتها على إحداث التأين في عملية الكشف.
7- عند انبعاثها من نواة عنصر مشع فان العدد الكتلي للعنصر المشع ينقص بأربعة وينقص عدده الذري باثنين .
والمعادلة أدناه تبين تحلل أو تفكك إلفا.




شكل يوضح علاقة العدد الذري والعدد الكتلي لعنصر مشع بإطلاق جسيمة ألفا.


شكل يوضح نوية عنصر مشع تشع جسيمات الفا.