بسم الله الرحمن الرحيم
هل هناك تفاعلات نووية تحدث في أجسادنا؟
نعم ، هناك تفاعلات نووية تحدث باستمرار في أجسامنا ، لكن هناك القليل جدًا منها مقارنة بالتفاعلات الكيميائية ، ولا تؤثر على أجسامنا كثيرًا. جميع الأشياء المادية مصنوعة من جزيئات. الجزيء عبارة عن سلسلة من الذرات مرتبطة ببعضها البعض بواسطة روابط كيميائية (كهرومغناطيسية). يوجد داخل كل ذرة نواة تتكون من مجموعة من البروتونات والنيوترونات مرتبطة ببعضها البعض بواسطة روابط نووية. التفاعلات الكيميائية هي صنع وكسر وإعادة ترتيب الروابط بين الذرات في الجزيئات. التفاعلات الكيميائية لا تغير التركيب النووي لأي ذرات. في المقابل ، تتضمن التفاعلات النووية تحويل النوى الذرية. معظم العمليات التي تحيط بنا في حياتنا اليومية هي تفاعلات كيميائية وليست تفاعلات نووية. جميع العمليات الفيزيائية التي تحدث للحفاظ على عمل الجسم البشري (أكسجين الدم ، حرق السكريات ، تكوين الحمض النووي ، إلخ) هي عمليات كيميائية وليست عمليات نووية. تحدث التفاعلات النووية بالفعل في جسم الإنسان ، لكن الجسم لا يستخدمها. يمكن أن تؤدي التفاعلات النووية إلى أضرار كيميائية قد يلاحظها الجسم ويحاول إصلاحها.
هناك ثلاثة أنواع رئيسية من التفاعلات النووية:
- الاندماج النووي: هو ضم نواتين ذريتين صغيرتين في نواة واحدة.
- الانشطار النووي: هو انقسام نواة ذرية كبيرة إلى أجزاء أصغر.
- الاضمحلال الإشعاعي: هو تغيير نواة أقل استقرارًا إلى نواة أكثر استقرارًا.
لاحظ أن الانشطار النووي والاضمحلال الإشعاعي يتداخلان قليلاً. تتضمن بعض أنواع الاضمحلال الإشعاعي بصق الشظايا النووية وبالتالي يمكن اعتبارها نوعًا من الانشطار. لأغراض هذه المقالة ، يشير مصطلح "الانشطار" إلى أحداث تجزئة النواة واسعة النطاق التي لا يمكن تصنيفها بوضوح على أنها تحلل إشعاعي.
يتطلب الاندماج النووي طاقة عالية من أجل الاشتعال. لهذا السبب ، يحدث الاندماج النووي فقط في النجوم ، في السوبرنوفا ، في قنابل الاندماج النووي ، في المفاعلات التجريبية للاندماج النووي ، في تأثيرات الأشعة الكونية ، وفي مسرعات الجسيمات. وبالمثل ، يتطلب الانشطار النووي طاقة عالية أو كتلة كبيرة من العناصر المشعة الثقيلة. لهذا السبب ، يحدث الانشطار النووي الكبير فقط في المستعرات الأعظمية ، وفي القنابل الانشطارية النووية ، وفي مفاعلات الانشطار النووي ، وفي تأثيرات الأشعة الكونية ، وفي مسرعات الجسيمات ، وفي عدد قليل من رواسب الخام الطبيعية. في المقابل ، يحدث الاضمحلال الإشعاعي تلقائيًا للنواة غير المستقرة وبالتالي فهو أكثر شيوعًا.
تحتوي كل ذرة إما على نواة مستقرة أو نواة غير مستقرة ، اعتمادًا على حجمها ونسبة البروتونات إلى النيوترونات. النوى التي تحتوي على عدد كبير جدًا من النيوترونات ، أو عدد قليل جدًا من النيوترونات ، أو التي تكون كبيرة جدًا ببساطة غير مستقرة. تتحول في النهاية إلى شكل مستقر من خلال الاضمحلال الإشعاعي. أينما توجد ذرات ذات نوى غير مستقرة (ذرات مشعة) ، تحدث تفاعلات نووية بشكل طبيعي. الشيء المثير للاهتمام هو أن هناك كميات صغيرة من الذرات المشعة في كل مكان: في مقعدك ، في الأرض ، في الطعام الذي تتناوله ، ونعم ، في جسمك.
ينتج الاضمحلال الإشعاعي إشعاعات عالية الطاقة يمكن أن تلحق الضرر بجسمك. لحسن الحظ ، تمتلك أجسامنا آليات لتنظيف الأضرار الناجمة عن النشاط الإشعاعي والإشعاع عالي الطاقة قبل أن تصبح خطيرة. بالنسبة للشخص العادي الذي يعيش حياة طبيعية ، تكون كمية النشاط الإشعاعي في جسمه صغيرة جدًا بحيث لا يواجه الجسم صعوبة في إصلاح جميع الأضرار. المشكلة هي عندما ترتفع مستويات النشاط الإشعاعي (كمية التفاعلات النووية في الجسم وحوله) بشكل كبير ولا يستطيع الجسم مواكبة الإصلاحات. في مثل هذه الحالات ، يعاني الضحية من الحروق والمرض والسرطان وحتى الموت. يعد التعرض لمستويات عالية بشكل خطير من النشاط الإشعاعي أمرًا نادرًا ويتم تجنبه عادةً من خلال اللوائح الحكومية والتدريب والتعليم. تشمل الأسباب الشائعة لتعرض الإنسان للنشاط الإشعاعي العالي ما يلي:
- يتواجد غاز الرادون بشكل طبيعي في الأرض. جميع أشكال (نظائر) عنصر الرادون مشعة. أصبح اختبار الرادون في المنازل معيارًا لمنع التعرض المفرط.
- العاملون في المفاعلات النووية أو منشآت الأسلحة النووية. تساعد السياسات الصارمة ومقاييس الإشعاع الشخصية على منع التعرض المفرط.
- كون الناس قريبين جدًا من سلاح نووي عند اختباره.
- الأشخاص الذين يعيشون بالقرب من محطة للطاقة النووية عندما تتعرض لكارثة نووية.
- العلاج الطبي الذي يستخدم النشاط الإشعاعي بطريقة محكومة لمكافحة الأمراض.
لاحظ أنه إذا أجريت فحصًا طبيًا واحدًا يتطلب الشرب أو الحقن بمُتتبع إشعاعي ، فستنتهي بالفعل بتفاعلات نووية في جسمك أكثر من المعتاد ، لكن المستوى لا يزال منخفضًا بدرجة كافية حتى لا يكون خطيرًا ، وبالتالي لم يتم تضمينها في هذه القائمة.
تتراكم باستمرار مستويات منخفضة من الذرات المشعة في كل شخص. تشمل الطرق التي ننتهي بها مع الذرات المشعة في أجسامنا: تناول الطعام الذي يحتوي بشكل طبيعي على كميات صغيرة من النظائر المشعة ، واستنشاق الهواء الذي يحتوي بشكل طبيعي على كميات صغيرة من النظائر المشعة ، وقصفها بالأشعة الكونية التي تخلق الذرات المشعة في أجسامنا. أكثر النظائر المشعة الطبيعية شيوعًا في البشر هي الكربون 14 والبوتاسيوم 40. كيميائيًا ، تتصرف هذه النظائر تمامًا مثل الكربون والبوتاسيوم المستقر. لهذا السبب ، يستخدم الجسم الكربون 14 والبوتاسيوم 40 تمامًا كما يستخدمه الكربون والبوتاسيوم الطبيعي ؛ بناءها في أجزاء مختلفة من الخلايا ، دون معرفة أنها مشعة. بمرور الوقت ، تتحلل ذرات الكربون 14 إلى ذرات نيتروجين مستقرة وتتحلل ذرات البوتاسيوم 40 إلى ذرات كالسيوم مستقرة. المواد الكيميائية في الجسم التي تعتمد على وجود ذرة كربون -14 أو ذرة بوتاسيوم -40 في بقعة معينة ستحتوي فجأة على ذرة نيتروجين أو كالسيوم. مثل هذا التغيير يضر بالمواد الكيميائية. عادةً ما يكون هذا التغيير نادرًا جدًا بحيث يمكن للجسم إصلاح التلف أو تصفية المواد الكيميائية التالفة. يقول كتاب الكيمياء: العلم العملي بقلم بول ب.كلتر ومايكل دي موشر وأندرو سكوت:
يعتبر الظهور الطبيعي لانحلال الكربون -14 في الجسم هو المبدأ الأساسي وراء تأريخ الكربون. طالما أن الشخص على قيد الحياة ولا يزال يأكل ، فإن كل ذرة كربون 14 تتحلل إلى ذرة نيتروجين يتم استبدالها في المتوسط بذرة كربون 14 جديدة. ولكن بمجرد وفاة الشخص ، يتوقف عن استبدال ذرات الكربون 14 المتحللة. تتحلل ذرات الكربون -14 ببطء إلى نيتروجين دون أن يتم استبدالها ، بحيث يكون هناك كمية أقل وأقل من الكربون 14 في الجسم الميت. معدل تحلل الكربون 14 ثابت ومعروف ، لذلك بقياس الكمية النسبية للكربون 14 في العظم ، يمكن لعلماء الآثار حساب وقت وفاة الشخص. تستهلك جميع الكائنات الحية الكربون ، لذلك يمكن استخدام التأريخ الكربوني لتحديد تاريخ أي كائن حي وأي كائن مصنوع من كائن حي. يمكن تأريخ العظام والخشب والجلد وحتى الورق بدقة ، طالما كانت موجودة لأول مرة خلال الـ 60.000 عام الماضية. هذا كله بسبب حقيقة أن التفاعلات النووية تحدث بشكل طبيعي في الكائنات الحية.
هل هناك تفاعلات نووية تحدث في أجسادنا؟
نعم ، هناك تفاعلات نووية تحدث باستمرار في أجسامنا ، لكن هناك القليل جدًا منها مقارنة بالتفاعلات الكيميائية ، ولا تؤثر على أجسامنا كثيرًا. جميع الأشياء المادية مصنوعة من جزيئات. الجزيء عبارة عن سلسلة من الذرات مرتبطة ببعضها البعض بواسطة روابط كيميائية (كهرومغناطيسية). يوجد داخل كل ذرة نواة تتكون من مجموعة من البروتونات والنيوترونات مرتبطة ببعضها البعض بواسطة روابط نووية. التفاعلات الكيميائية هي صنع وكسر وإعادة ترتيب الروابط بين الذرات في الجزيئات. التفاعلات الكيميائية لا تغير التركيب النووي لأي ذرات. في المقابل ، تتضمن التفاعلات النووية تحويل النوى الذرية. معظم العمليات التي تحيط بنا في حياتنا اليومية هي تفاعلات كيميائية وليست تفاعلات نووية. جميع العمليات الفيزيائية التي تحدث للحفاظ على عمل الجسم البشري (أكسجين الدم ، حرق السكريات ، تكوين الحمض النووي ، إلخ) هي عمليات كيميائية وليست عمليات نووية. تحدث التفاعلات النووية بالفعل في جسم الإنسان ، لكن الجسم لا يستخدمها. يمكن أن تؤدي التفاعلات النووية إلى أضرار كيميائية قد يلاحظها الجسم ويحاول إصلاحها.
هناك ثلاثة أنواع رئيسية من التفاعلات النووية:
- الاندماج النووي: هو ضم نواتين ذريتين صغيرتين في نواة واحدة.
- الانشطار النووي: هو انقسام نواة ذرية كبيرة إلى أجزاء أصغر.
- الاضمحلال الإشعاعي: هو تغيير نواة أقل استقرارًا إلى نواة أكثر استقرارًا.
لاحظ أن الانشطار النووي والاضمحلال الإشعاعي يتداخلان قليلاً. تتضمن بعض أنواع الاضمحلال الإشعاعي بصق الشظايا النووية وبالتالي يمكن اعتبارها نوعًا من الانشطار. لأغراض هذه المقالة ، يشير مصطلح "الانشطار" إلى أحداث تجزئة النواة واسعة النطاق التي لا يمكن تصنيفها بوضوح على أنها تحلل إشعاعي.
يتطلب الاندماج النووي طاقة عالية من أجل الاشتعال. لهذا السبب ، يحدث الاندماج النووي فقط في النجوم ، في السوبرنوفا ، في قنابل الاندماج النووي ، في المفاعلات التجريبية للاندماج النووي ، في تأثيرات الأشعة الكونية ، وفي مسرعات الجسيمات. وبالمثل ، يتطلب الانشطار النووي طاقة عالية أو كتلة كبيرة من العناصر المشعة الثقيلة. لهذا السبب ، يحدث الانشطار النووي الكبير فقط في المستعرات الأعظمية ، وفي القنابل الانشطارية النووية ، وفي مفاعلات الانشطار النووي ، وفي تأثيرات الأشعة الكونية ، وفي مسرعات الجسيمات ، وفي عدد قليل من رواسب الخام الطبيعية. في المقابل ، يحدث الاضمحلال الإشعاعي تلقائيًا للنواة غير المستقرة وبالتالي فهو أكثر شيوعًا.
تحتوي كل ذرة إما على نواة مستقرة أو نواة غير مستقرة ، اعتمادًا على حجمها ونسبة البروتونات إلى النيوترونات. النوى التي تحتوي على عدد كبير جدًا من النيوترونات ، أو عدد قليل جدًا من النيوترونات ، أو التي تكون كبيرة جدًا ببساطة غير مستقرة. تتحول في النهاية إلى شكل مستقر من خلال الاضمحلال الإشعاعي. أينما توجد ذرات ذات نوى غير مستقرة (ذرات مشعة) ، تحدث تفاعلات نووية بشكل طبيعي. الشيء المثير للاهتمام هو أن هناك كميات صغيرة من الذرات المشعة في كل مكان: في مقعدك ، في الأرض ، في الطعام الذي تتناوله ، ونعم ، في جسمك.
ينتج الاضمحلال الإشعاعي إشعاعات عالية الطاقة يمكن أن تلحق الضرر بجسمك. لحسن الحظ ، تمتلك أجسامنا آليات لتنظيف الأضرار الناجمة عن النشاط الإشعاعي والإشعاع عالي الطاقة قبل أن تصبح خطيرة. بالنسبة للشخص العادي الذي يعيش حياة طبيعية ، تكون كمية النشاط الإشعاعي في جسمه صغيرة جدًا بحيث لا يواجه الجسم صعوبة في إصلاح جميع الأضرار. المشكلة هي عندما ترتفع مستويات النشاط الإشعاعي (كمية التفاعلات النووية في الجسم وحوله) بشكل كبير ولا يستطيع الجسم مواكبة الإصلاحات. في مثل هذه الحالات ، يعاني الضحية من الحروق والمرض والسرطان وحتى الموت. يعد التعرض لمستويات عالية بشكل خطير من النشاط الإشعاعي أمرًا نادرًا ويتم تجنبه عادةً من خلال اللوائح الحكومية والتدريب والتعليم. تشمل الأسباب الشائعة لتعرض الإنسان للنشاط الإشعاعي العالي ما يلي:
- يتواجد غاز الرادون بشكل طبيعي في الأرض. جميع أشكال (نظائر) عنصر الرادون مشعة. أصبح اختبار الرادون في المنازل معيارًا لمنع التعرض المفرط.
- العاملون في المفاعلات النووية أو منشآت الأسلحة النووية. تساعد السياسات الصارمة ومقاييس الإشعاع الشخصية على منع التعرض المفرط.
- كون الناس قريبين جدًا من سلاح نووي عند اختباره.
- الأشخاص الذين يعيشون بالقرب من محطة للطاقة النووية عندما تتعرض لكارثة نووية.
- العلاج الطبي الذي يستخدم النشاط الإشعاعي بطريقة محكومة لمكافحة الأمراض.
لاحظ أنه إذا أجريت فحصًا طبيًا واحدًا يتطلب الشرب أو الحقن بمُتتبع إشعاعي ، فستنتهي بالفعل بتفاعلات نووية في جسمك أكثر من المعتاد ، لكن المستوى لا يزال منخفضًا بدرجة كافية حتى لا يكون خطيرًا ، وبالتالي لم يتم تضمينها في هذه القائمة.
تتراكم باستمرار مستويات منخفضة من الذرات المشعة في كل شخص. تشمل الطرق التي ننتهي بها مع الذرات المشعة في أجسامنا: تناول الطعام الذي يحتوي بشكل طبيعي على كميات صغيرة من النظائر المشعة ، واستنشاق الهواء الذي يحتوي بشكل طبيعي على كميات صغيرة من النظائر المشعة ، وقصفها بالأشعة الكونية التي تخلق الذرات المشعة في أجسامنا. أكثر النظائر المشعة الطبيعية شيوعًا في البشر هي الكربون 14 والبوتاسيوم 40. كيميائيًا ، تتصرف هذه النظائر تمامًا مثل الكربون والبوتاسيوم المستقر. لهذا السبب ، يستخدم الجسم الكربون 14 والبوتاسيوم 40 تمامًا كما يستخدمه الكربون والبوتاسيوم الطبيعي ؛ بناءها في أجزاء مختلفة من الخلايا ، دون معرفة أنها مشعة. بمرور الوقت ، تتحلل ذرات الكربون 14 إلى ذرات نيتروجين مستقرة وتتحلل ذرات البوتاسيوم 40 إلى ذرات كالسيوم مستقرة. المواد الكيميائية في الجسم التي تعتمد على وجود ذرة كربون -14 أو ذرة بوتاسيوم -40 في بقعة معينة ستحتوي فجأة على ذرة نيتروجين أو كالسيوم. مثل هذا التغيير يضر بالمواد الكيميائية. عادةً ما يكون هذا التغيير نادرًا جدًا بحيث يمكن للجسم إصلاح التلف أو تصفية المواد الكيميائية التالفة. يقول كتاب الكيمياء: العلم العملي بقلم بول ب.كلتر ومايكل دي موشر وأندرو سكوت:
يعتبر الظهور الطبيعي لانحلال الكربون -14 في الجسم هو المبدأ الأساسي وراء تأريخ الكربون. طالما أن الشخص على قيد الحياة ولا يزال يأكل ، فإن كل ذرة كربون 14 تتحلل إلى ذرة نيتروجين يتم استبدالها في المتوسط بذرة كربون 14 جديدة. ولكن بمجرد وفاة الشخص ، يتوقف عن استبدال ذرات الكربون 14 المتحللة. تتحلل ذرات الكربون -14 ببطء إلى نيتروجين دون أن يتم استبدالها ، بحيث يكون هناك كمية أقل وأقل من الكربون 14 في الجسم الميت. معدل تحلل الكربون 14 ثابت ومعروف ، لذلك بقياس الكمية النسبية للكربون 14 في العظم ، يمكن لعلماء الآثار حساب وقت وفاة الشخص. تستهلك جميع الكائنات الحية الكربون ، لذلك يمكن استخدام التأريخ الكربوني لتحديد تاريخ أي كائن حي وأي كائن مصنوع من كائن حي. يمكن تأريخ العظام والخشب والجلد وحتى الورق بدقة ، طالما كانت موجودة لأول مرة خلال الـ 60.000 عام الماضية. هذا كله بسبب حقيقة أن التفاعلات النووية تحدث بشكل طبيعي في الكائنات الحية.