شارح الدرس: تطبيقات النشاط الإشعاعي العلوم

في هذا الشارح، سوف نتعلَّم كيف نُحدِّد تطبيقات الإشعاع النووي.

تحتوي الذرات على نوى. بعض النوى غير مستقر، وهو ما يعني أنها يمكن أن تتغيَّر تلقائيًّا. نُسمِّي هذا الاضمحلال النووي. وعندما تمر النواة باضمحلال نووي، فإنها تُطلِق إشعاعًا نوويًّا في صورة جسيمات وموجات كهرومغناطيسية.

تُسمَّى صورة الطاقة الناتجة عن النوى غير المستقرة بالطاقة النووية. وعندما تَبعث النواة إشعاعًا نوويًّا، يمكن تحويل جزء من طاقتها النووية إلى صور أخرى من الطاقة. ويمكن استخدام هذه الطاقة بطرق مختلفة.

يُعَد توليد الكهرباء أهم الطرق التي نستخدم فيها هذه الطاقة. تُستخدَم محطات الطاقة النووية في تحويل الطاقة من الوقود النووي إلى طاقة كهربية. والوقود النووي مادة مشعة تنبعث منها كميات كبيرة من الإشعاع النووي؛ ومن ثَمَّ، تنقل الكثير من الطاقة في فترة زمنية قصيرة.

في محطات الطاقة النووية، تتحوَّل الطاقة التي يُطلِقها الوقود النووي إلى طاقة حرارية للماء، ما يتسبَّب في غليان الماء.

عندما يغلي الماء يتبخَّر. ويمكن استخدام البخار في تدوير التوربينات وتشغيل المولدات الكهربية. في هذه العملية، تتحوَّل الطاقة الحرارية إلى طاقة كهربية.

تُنتج عملية توليد الكهرباء في معامل الطاقة النووية أيضًا نفايات نووية. عندما تمر ذرة باضمحلال نووي وينبعث منها إشعاع نووي تتغيَّر نواة الذرة. وعندما يبعث الوقود النووي إشعاعًا نوويًّا، فإنه يضمحل إلى نفايات نووية.

تنبعث من النفايات النووية كمية إشعاع نووي أقل كثيرًا من كمية الإشعاع النووي التي تنبعث من الوقود النووي؛ لذا، لا يمكنها تحويل كمية كبيرة من الطاقة. ومن ثَمَّ، فالنفايات النووية غير مفيدة في توليد الكهرباء، ويُتخلَّص منها.

بالإضافة إلى توليد الكهرباء، يوجد العديد من التطبيقات الأخرى للنشاط الإشعاعي.

للنشاط الإشعاعي العديد من الاستخدامات الطبية. على سبيل المثال، يُستخدم الإشعاع النووي عادةً في التصوير الطبي. يمكن تكوين صور للأجزاء الداخلية من الجسم لتشخيص الأمراض والعلل. ويمكن استخدام المواد المشعة باعتبارها «متتبعات» للمساعدة في توضيح هذه الصور. وتمتص أجزاء مختلفة من الجسم متتبعات مختلفة. ومن خلال رصد الإشعاع المنبعث من المتتبعات، يمكن تكوين صورة لجزء معيَّن من الجسم.

للنشاط الإشعاعي استخدامات طبية أخرى. يمكن أن يُلحِق الإشعاع النووي الضرر بخلايا الجسم. هذا يعني أن الإشعاع النووي مفيد جدًّا في علاج السرطان. يمكن توجيه الإشعاع النووي إلى الجسم فيقتل خلايا السرطان دون أن يضر عددًا كبيرًا من الخلايا السليمة. ويُسمَّى هذا العلاج الإشعاعي.

الإشعاع النووي مفيد أيضًا في الزراعة.

عادةً ما تأكل الآفات، كالحشرات، المحاصيل. وهذا يؤدي إلى إتلاف المحاصيل وتقليل الكمية التي يبيعها المزارعون. كثيرًا ما تضع الحشرات بيضها على المحاصيل. وعندما يفقس البيض، ينتج عن ذلك مزيد من الحشرات التي تتسبَّب في مزيد من التلف.

يمكن استخدام الإشعاع النووي في مكافحة الآفات. يستطيع الإشعاع النووي قتل البيض الذي تضعه الحشرات. وهذا يتيح للمزارعين تقليل أعداد الحشرات والحد من تلف محاصيلهم.

يمكن أن يَستخدم المزارع أيضًا الإشعاع في تغيير خواص المحاصيل. يمكن أن يتسبَّب الإشعاع النووي في تغيُّرات في الحمض النووي للنباتات. وهذه التغيُّرات تُسمَّى الطفرات. يمكن أن تمنح الطفرات خواص مفيدة للمحصول. على سبيل المثال، يمكن أن تسهِّل نموها أو تزيد قيمتها الغذائية.

للإشعاع النووي استخدامات صناعية أيضًا. هذا يعني أن الإشعاع النووي يمكن أن يكون مفيدًا في صُنع المنتجات وتطويرها.

على سبيل المثال، يمكن استخدام الإشعاع النووي في الكشف عن العيوب الصغيرة جدًّا في المنتجات. يمكن استخدام الإشعاع في إنتاج صور مفصلة للمنتجات تكشف عيوبًا ضئيلة جدًّا لا يمكن للعين رؤيتها بسهولة.

تحتاج بعض المجالات الصناعية إلى درجات حرارة مرتفعة جدًّا لصنع المنتجات. ويمكن استخدام الإشعاع النووي للوصول إلى درجة حرارة مرتفعة؛ حيث يحوِّل الإشعاع الطاقة النووية إلى طاقة حرارية.

يُعَد الإشعاع النووي مفيدًا أيضًا في مجال التعدين.

في كثير من الأحيان، يُنقَّب عن النفط والغاز الطبيعي لاستخدامهما في توليد الطاقة. ولكن قد يكون من الصعب العثور على النفط والغاز؛ لأنهما يتكوَّنان تحت الأرض.

يمكن استخدام أساليب قائمة على الإشعاع النووي في تحديد مواقع النفط والغاز تحت الأرض. إن الصخور التي تحتوي على النفط والغاز تحتوي أيضًا على عناصر مشعة. هذا يعني أن الصخور التي ينبعث منها الإشعاع تحتوي على نفط وغاز على الأرجح. ويمكن استخدام كواشف الإشعاع للعثور على هذه الصخور وتحديد مواقع النفط والغاز.

يُستخدم الإشعاع النووي أيضًا في استكشاف الفضاء.

يمكن استخدام النشاط الإشعاعي في توليد الكهرباء في مركبة فضائية. يحوِّل الإشعاع النووي طاقة النواة إلى طاقة حرارية تُستخدَم في توليد الكهرباء.

وهذا يشبه إلى حدٍّ كبير العملية التي تحدث في مُفاعلات الطاقة النووية التي تناولناها في بداية هذا الشارح. لكن بين هاتين العمليتين اختلاف بالغ الأهمية.

في مُفاعلات الطاقة النووية، تتسبَّب طاقة النوى في غلي الماء وتوليد البخار. لكن، في المركبة الفضائية، لا تولَّد الكهرباء عن طريق غلي الماء. ونستخدم بدلًا من ذلك بطارية نووية. وهذا يعني أن الكهرباء يمكن أن تولَّد دون غلي الماء.

بعد أن تناولنا بعض التطبيقات المفيدة للنشاط الإشعاعي، نلخِّص ما تعلَّمناه في هذا الشارح.