تفاعلات الاشعاع مع المادة

كلما زاد استعمالنا للقوى النووية ومصادر الإشعاع الاخرى، كلما ازدادت أهمية الآثار التي يتركها الإشعاع على الجسم البشري وعلى المواد المختلفة. فعندما يتغلغل جسيم داخل اللحم أو أية مادة اخرى فإنه يرتطم* بالذرات على طول مساره وبهذه الطريقة تحدث التأثيرات الرئيسية للإشعاع.

وتعتمد التأثيرات التي يحدثها جسيم ذو طاقة عالية على ثلاثة عوامل أساسية: كتلة الجسيم، وطاقته، وشحنته. إن جسيم a، يستطيع نظراً لأن كتلته -4u أن يحدث تلفاً أكثر من الذي يحدثه إلكترون (0.00055 u) يتحرك بنفس السرعة عندما يصطدم بذرة ما. . مثلما ان شاحنة وزنها 10 طن  تحدث دماراً اكبر بكثير من الذي تحدثه. عربة أطفال. زد على ذلك أن لجسيم ألفاً شحنة مقدارها +2e في حين أن شحنة الإلكترون  –e؛ فهي لذلك تؤثر بقوة كولومية أكبر على الشحنات القريبة أكثر مما يفعل الإلكترون. ولهذا الأسباب يقوم جسيم ألفاً بتأيين الذرات على طول مساره بشكل أكثر تكراراً مما يفعل إلكتروناً له نفس الطاقة. على أن كلاً من جسيم ألفاً والإلكترون يستمران في الحركة إلى أن يفقدا كل طاقتهما وإن كان الإلكترون يقطع مسافة أطول اخرى قبل أن يتوقف، مقارناً بجسيم ألفاً الذي له نفس الطاقة الابتدائية. وبعبارة أخرى فإن مدى الإلكترون أكبر من مدى جسيم ألفاً الذي له نفس الطاقة. والقيم التقريبية لمدى الجسيمات التي طاقتها 2 MeV في الهواء هي 1 cm بالنسبة لجسيم a ، 10 cm بالنسبة للبروتون 1000 cm بالنسبة للإلكترون وكلما زادت كثافة المادة التي يخترقها الجسيم، كلما كان المدى اقصر ؛ أي أن المدى يتناسب عكسياً تقريباً مع الكثافة. وعلى ذلك يكون مدى جسيم ألفاً في الهواء 10 cm(كثافة الهواء p = 1.29 kg/m³) في حين أن المدى يصبح نحو 0.005 cm فحسب حين يمر خلال الألمونيوم (p =2700 kg/m³) ولعله قد أصبح واضحاً لديك لماذا يتم استخدام الرصاص، وهو مادة عالية الكثافة، في الدروع الواقية من الجسيمات ذات الطاقات المرتفعة.

والنيوترونات ، التي لا شحنة لها هي جسيمات ثاقبة للغاية، حيث أن قوة كولوم لا يمكن أن تؤثر عليها أثناء اختراقها للمدة. ولكي يتم إيقاف النيوترون أو إبطاء حركته لابد أن يصطدم مباشرة بنواة أو بجسيم آخر له كتلة مقاربة لكتلة النيوترون ولذلك تستخدم مواد مثل الماء والبلاستيك لإيقاف النيوترونات نظراً لأنها تحتوي على الكثير من النوى ذي الكتل الصغيرة في وحدة الحجوم.

وليس من السهل إيقاف أشعة جاما (وأشعة إكس) لأنها لا شحنة لها ولا كتلة سكون، ولكنها تفقد طاقتها عندما تخترق المواد من خلال ظاهرة كومتون والأثر الكهروضوئي وعما عمليتان تؤديان إلى تكون الأيونات. ولابد أنك شاهدت صوراً بأشعة إكس للأسنان والعظام ولذا فأنت تعرف أن أشعة إكس تخترق اللحم وتكون ظلالاً للعظام. وكلما زاد عدد الإلكترونات في ذرة ما داخل مادة تمتص الأشعة، وكلما تلك المادة أكثف، كلما زادت قدرتها على إيقاف أشعة إكس وأشعة جاما.

_________________________________