Powered By Blogger

الأحد، 24 أغسطس 2014

مبدأ الريبة (الشك) :-

يعتبر مبدأ عدم التأكد أو مبدأ الريبة أو مبدأ اللايقين أو مبدأ الشك من أهم المبادئ في نظرية الكم بعد أن صاغه العالم الألماني هايزنبرج عام 1927 وينص هذا المبدأ على أنه لا يمكن تحديد خاصيتين مقاستين من خواص جملة كمومية إلا ضمن حدود معينة من الدقة، أي أن تحديد أحد الخاصيتين بدقة متناهية (ذات عدم تأكد ضئيل) يستتبع عدم تأكد كبير في قياس الخاصية الأخرى، ويشيع تطبيق هذا المبدأ بكثرة على خاصيتي تحديد الموضع والسرعة لجسيم أولي. فهذا المبدأ معناه أن الإنسان ليس قادرا على معرفة كل شيء بدقة 100%. ولا يمكنه قياس كل شيء بدقة 100%، إنما هناك قدر لا يعرفه ولا يستطيع قياسه. وهذه الحقيقة الطبيعية تخضع للمعادلة المكتوبة أدناه والتي يتحكم فيها h ثابت بلانك.
ونتائج هذا المبدأ شيء هائل حقاً، فإذا كانت القوانين الأساسية للفيزياء تمنع أي عالماً مهما كانت له ظروفا مثالية للحصول على معلومات مؤكدة تماما. فما يقوم بقياسه يحتوي طبيعيا على قدر من عدم الدقة لا يستطيع تخطيه ، لأنه قانون طبيعي . فهذا هو منطوق مبدأ عدم التأكد . ومعنى ذلك أنه لا يستطيع أن يتنبأ بحركة الأشياء مستقبلاً بدقة متناهية، بل تظل هناك نسبة ولو صغيرة من عدم التأكد . ومعنى هذا المبدأ أنه مهما كان الإحكام وتطوير وسائلنا في القياس فلن يمكننا ذلك من التوصل إلى معرفة كاملة للطبيعة من حولنا.
وقد وصف هايزنبرج تلك النتيجة الباهرة لمبدأ عدم التأكد عندما نفي سريان المقولة :" أنه يمكننا معرفة المستقبل إذا عرفنا الحاضر بدقة " وقال : إن عدم استطاعتنا معرفة المستقبل لا تنبع من عدم معرفتنا بالحاضر ، وإنما بسبب عدم استطاعتنا معرفة الحاضر" .
ومبدأ عدم التأكد، أو عدم اليقين معناه أن علم الفيزياء لا يستطيع أن يفعل أكثر من أن تكون لديه تنبؤات إحصائية فقط. فالعالم الذي يدرس النشاط الإشعاعي للذرات مثلا، يمكنه أن يتنبأ فقط بأن من كل ألف مليون ذرة راديوم مليونان فقط سوف يصدران أشعة جاما في اليوم التالي، لكنه لا يستطيع معرفة أي ذرة من مجموع ذرات الراديوم سوف تفعل ذلك. ويمكننا القول أنه كلما زادت عدد الذرات كلما قل عدم التأكد وكلما نقص عدد الذرات كلما زاد عدم التأكد. وكانت هذه النظرية مـُقلقة للعلماء في وقتها لدرجة أن عالماً كبيراً مثل أينشتاين قد رفضها أول الأمر. وهو الذي قال " إن عقلي لا يستطيع أن يتصور أن الله يلعب النرد بهذا الكون" متناسياً إدراكه الشخصي. ومع ذلك لم يجد العلماء أمامهم إلا قبول هذه النظرية التي اهتدى إليها هايزنبرج والتي وضحت للإنسان خاصية هامة من خواص هذا الكون.
الصيغة الرياضية لمبدأ عدم التأكد :
\triangle P_x \triangle x \simeq h
حيث :
\triangle P_x عدم التأكد في كمية الحركة.
\triangle x عدم التأكد للموقع.
h ثابت بلانك.
والمعادلة توضح أن حاصل ضرب عدم التأكد في تعيين موضع الجسيم في عدم التأكد في تعيين كمية حركتة لا بد وأن يكون يساوي أو أكبر من المقدار \ h وعلى ذلك لا يمكن أن يكون حاصل ضرب عدم التأكد للموقع في عدم التأكد في تعيين كمية حركة الجسيم لا يمكن أن تكون صفراً ، وهذا ما أدهشه وأدهش العلماء آنذاك واحتج الكثيرون على تلك النتيجة واعتبر بعضهم أن حسابات هايزنبرج هراء ، واشتدت المناقشات وأجريت تجارب واقعية وتجارب تخيلية لتفنيد هذا المبدأ ، ولكن ثبتت صحة المبدأ عملياً وفكرياً ، وأصبح هذا المبدأ من مفاهيمنا الحديثة للطبيعة ، وعمل على تعميق جذري لفهمنا للطبيعة حولنا وفي الكون بصفة عامة .
عدم التأكد الحاصل هو نتيجة أيضا لعملية القياس نفسها، والتي تؤثر فيها أجهزة القياس على الكميات المقاسة، بما فيها الضوء المستخدم نفسه. فعلى هذا المستوي الصغير ، عند التعامل مع
وطبقاً إلى إحدى صيغ مبدأ عدم التأكد أن الطاقة والزمن تحكمهما العلاقة :ذرات و جزيئات وجسيمات أولية نقوم بتصويب فوتونات لقياس سرعة الجسيم بدقة معينة ، ثم نصوب فوتوناً آخر لقياس موضع الجسيم ، ولنظراً لأن الفوتون له طاقة تقوم بدفع الجسيم عند الإصطدام به فيتغير موضعه ، وبالتالي فإننا لا نستطيع تحديد موقعه بدقة ولا تحديد سرعته بدقة .
\Delta E \Delta t \approx {h \over 2 \pi}
حيث E الطاقة ، و t الزمن
و h ثابت بلانك.

ميكروسكوب هايزنبرج لأشعة جاما لتحديد موضع الإلكترون (كما هو موضح باللون الأزرق)، أشعة جاما المنعكسة (كما هو موضح باللون الأخضر) تشتت من قبل الإلكترون بزاوية θ من فتحة الميكروسكوب، شعاع جاما المشتت يظهر باللون الأحمر، تفسر البصريات الكلاسيكية أن موضع الإلكترون لا يمكن معرفته إلا من خلال عدم التأكد في الموضع Δx الذي يعتمد على الزاوية θ و الطول الموجي λ للشعاع المنعكس.



اعداد : طارق حسين

الاثنين، 18 أغسطس 2014

المفاعل النووي


المفاعل النووي هو عبارة عن جهاز يستخدم لبدء تفاعل نووي متسلسل مُسْتَدَام وللتحكم فيه، أو بتعبير أدق للسيطرة عليه. فمن خلال السيطرة على عمليات الانشطار النووي المتسلسلة داخل قلب المفاعل مع الحفاظ على الأجواء المناسبة لاستمرار تلك العمليات بشكل دائم دون وقوع انفجارات، تنساب الطاقة النووية من المفاعل بشكل تدريجي.
بشكل عام، هناك نوعان من المفاعلات النووية، نوع يستخدم في محطات الطاقة النووية لتوفير الطاقة اللازمة لإنتاج الكهرباء ومن الأمثلة عليه مفاعل ڤي ڤي إي آر، كما يسنخدم أيضاً في تسيير السفن. وتعمل تلك المفاعلات عند درجات حرارة عالية. وفيها يتم تمرير الحرارة الناتجة من الانشطار النووي إلى سوائل التشغيل (ماء أو غاز)، التي تمر بدورها عبر توربينات. وتقوم تلك التوربينات بتحريك مراوح السفينة أو بتدوير المولدات الكهربائية. ويمكن استخدام البخار المتولد من تلك المفاعلات من حيث المبدأ في الأغراض الصناعية أو استخدام الحرارة المتولدة لتدفئة المناطق المدنية.
أما النوع الآخر من المفاعلات فتعمل على توفير الإشعاع الذرى، والذي يستخدم لإنتاج الوقود النووي أو لعمل نظائر مشعة لاستخدامها في الطب أو لأغراض صناعية. كما يستخدم لأغراض البحث العلمى ولأغراض أخرى مثل تحويل عناصر كيميائية معينة إلى عناصر أخرى أو لإزالة الأملاح والمعادن من الماء للحصول على الماء النقي أو لإنتاج البلوتونيوم لتصنيع الأسلحة النووية.
جميع المفاعلات النووية تتكون من وعاء ثقيل يشبه الصهريج أو الخزَّان يحوى داخلة "قلب" Core من الوقود النووي. معظم المفاعلات تحتوي أيضاً على "مُهَدِّئ" Moderator لإبطاء سرعة النيوترونات إلى النقطة التي يمكن عندها جعل التفاعل المتسلسل يدوم دون أن يتوقف أو يزيد عن الحد. كل المفاعلات تحتوى أيضاً على "مُبَرِّد" Coolant للتخلص من الحرارة الناتجة عن التفاعل النووي، ما عدا المفاعلات ذات الطاقة المنخفضة جداً. ويتم تنظيم سرعة التفاعل النووي أو "السيطرة عليه" من خلال "نظام للتحكم" Control System. كما تُفْرَض احتياطات للسلامة صارمة جداً في تشغيل المفاعلات، ومعالجة منتوجات التفاعل الثانوية المشعة والتخلص من النفايات الخطرة.
ويتوقع بعض الخبراء نقصاً في الطاقة الكهربائية في المستقبل البعيد نتيجة ظاهرة الانحباس الحرارى التي تسببها الانبعاثات الناتجة عن الأنشطة البشرية مثل الانبعاثات الناتجة عن عمليات تكرير النفط ومحطات توليد الطاقة وعوادم السيارات وغيرها. لذا فهناك اعتقاد سائد بان الطاقة النووية هي السبيل الأمثل لسد هذا النقص في المستقبل.

نبذة تاريخية :-

يعتبر إنريكو فيرمي عالم في الفيزياء من إيطاليا والذي حاز على جائزة نوبل في الفيزياء عام 1938 وغادر إيطاليا بعد صعود الفاشية على سدة الحكم واستقر في نيويورك في الولايات المتحدة من أوائل من اقترحوا بناء مفاعل نووي حيث اشرف مع زميله ليو زيلارد Leó Szilárd الذي كان يهوديا من مواليد هنغاريا على بناء أول مفاعل نووي في العالم عام 1942 وكان الغرض الرئيسي من هذا المفاعل هو تصنيع الأسلحة النووية. في عام 1951 تم وللمرة الأولى إنتاج الطاقة الكهربائية من مفاعل أيداهو في الولايات المتحدة.

يتكون المفاعل النووي من الأجزاء التالية :-

مركز المفاعل أو قلب المفاعلوهو الجزء الذي يحتوي على وحدات الوقود النووي وتتم فيه سلسلة الانشطار النووي.
السائل المهدئ moderator ويستعمل الماء عادة لخفض سرعة النيوترونات وبالتالي معدل الانشطار النووي كما أنه ينقل الحرارة الناتجة من التفاعل النووي ويتحول جزء منه إلى بخار عال الضغط، يستغل في تشغيل التوربين.
حاويات تحيط بقلب المفاعل والماء، مصنوعة من الحديد الصلب ذات جدران سميكة(نحو 25 سم)، للاحتفاظ بضغط البخار عاليا، ولمنع تسرب الأشعاعات الناتجة من الأنشطار النووي إلى الخارج والوقاية منها. يخرج بخار الماء بضغط يبلغ 400 ضغط جوي وتكون درجة حرارته نحو 450 درجة مئوية بواسطة أنابيب متينة من حاوية المفاعل، وهي تسمى أحيانا خزان الضغط للمفاعل .
مبادلات حرارية يأتي البخار عالى الضغط من المفاعل إلى المبادلات لفصل دائرتي الماء، الدائرة الأولية التي تلف في المفاعل وهذه تكون عالية الإشعاع نظرا لتلامسها مع الوقود النووي. لذلك تُفصل عن الدائرة الثانوية للماء الساخن المضغوط، ويتحول هذا الماء في الدائرة الثانوية عند مغادرته المبادل الحراري إلى بخار ماء عالي الضغط والحرارة ويوجه إلى توربين لتوليد الكهرباء.
مولد كهربائي عملاق يديره التوربين ويولد التيار الكهربائي.
بذلك تتحول الطاقة النووية إلى طاقة حرارية ثم إلى طاقة حركة للتوربين والمولد الكهربائي الذي يحولها إلى طاقة كهربائية لشغيل المصانع وإنارة المنازل.

الحالة الحرجة :-

بهدف تحفيز سلسلة عمليات الانشطار النووي في مركز المفاعل النووي، يستعمل ما يسمى بالوقود النووي وهو في الغالب اليورانيوم-235 أو البلوتونيوم-239. والفكرة تكمن في تحفيز انشطار أنوية ذرات اليورانيوم-235 والبلوتونيوم-239 لايصالهما إلى مرحلة ما يسمى الكتلة الحرجة.
لتوضيح مفهوم الكتلة الحرجة تصوّر أن هناك كرة بحجم قبضة اليد مصنوعة من يورانيوم-235، بعد تحفيز أولي لعملية الانشطار النووي بواسطة تسليط حزمة من النيوترون على الكرة سيتولد في المتوسط عدد 2.5 من النيوترونات جراء هذا الانشطار الأول لنواة ذرة اليورانيوم-235. وهذا يكون كافياً لبدء انشطار ثانٍ في نواة أخرى من اليورانيوم-235. وأثناء هذه التفاعلات التسلسلية من الانشطارات في اليورانيوم يُفقد الكثير من النيوترونات الناتجة عن التفاعل وتخرج من سطح كرة اليورانيوم، وبفقد تلك النيوترونات يتوقف التفاعل النووي. لهذا يجب أن يكون معدل توليد النيوترونات داخل الكرة مساوٍ على الأقل لعدد النيوترونات المتسربة إلى الخارج حتى تستمر عمليات الانشطار، وتسمى تلك الحالة الحالة الحرجة. وهنا يأتي دور الكتلة الحرجة التي يمكن تعريفها بالحد الأدنى من كتلة مادة نووية معينة كافية لدوام سلسلات متعاقبة من الانشطارات.
إذا كان العنصر المستخدم في عملية الانشطار النووي ذو كتلة يتطلب تسليطاً مستمراً بالنيوترونات لتحفيز الانشطار الأولي للنواة فإن هذه الكتلة تسمى بالكتلة دون الحرجة.
إذا كان العنصر المستخدم في عملية الانشطار النووي ذو كتلة قادرة على تحمل سلسلات متعاقبة من الانشطار النووي حتى بدون أي تحفيز خارجي بواسطة تسليط نيوترونات خارجية فيطلق على هذه الحالة الكتلة فوق الحرجة وهي المرحلة المطلوبة لتصنيع القنبلة النووية.


الكعكة الصفراء :-

تعتبر كل من أستراليا وكازاخستان وكندا وجنوب أفريقيا والبرازيل وناميبيا من أكبر الدول المصدرة لليورانيوم، ويباع عادة بسعر يتراوح من 80 - 100 دولار للكيلوغرام الواحد وبعد الحصول عليه يتم طحنه وتحويله إلى ما يسمى بالكعكة الصفراء التي يتم تحويلها فيما بعد إلى هيكسافلوريد اليورانيوم uranium hexafluoride ويتم بعد ذلك عملية اخصاب اليورانيوم.

المكونات :- 

غرفة المراقبة للمفاعل النووي.
المكوّنات الرئيسية الشائعة في أكثر أنواع محطات الطاقة النووية هي:
الوقود النووي
قلب المفاعل
مهدئ النيوترون
قضبان تحكم (تمتص النيوترونات)
غلاية
عنفة بخارية
مولد كهربائي
مكثف الماء
برج تبريد (غير مطلوب دائما)
نظام وقائي (منع الانفجار)
بناية الاحتواء
غرفة المراقبة
وسائل العمليات المستعجلة
حوض تخزين الوقود المستهلك

تخصيب اليورانيوم :-

عملية التخصيب عبارة عن عزل نظائر عناصر كيميائية محددة Isotope separation من عنصر ما لغرض زيادة تركيز نظائر أخرى للحصول على مادة تعتبر مشبعة بالنظير المطلوب على سبيل المثال عزل نظائر معينة من اليورانيوم الطبيعي للحصول على اليورانيوم المخصب واليورانيوم المنضب. وتتم عملية التخصيب على مراحل حيث يتم في كل مرحلة عزل كميات أكبر من النظائر الغير مرغوبة حيث يزداد العنصر تخصيبا بعد كل مرحلة لحد الوصول إلى نسبة النقاء المطلوبة.
على سبيل المثال اليورانيوم المخصب عبارة عن يورانيوم تمت زيادة نسبة نظائر اليورانيوم-235 فيه وازالة النظائر الأخرى. وعملية التخصيب هذه صعبة ومكلفة وتكمن الصعوبة ان النظائر الذي يراد ازالتها من اليورانيوم شبيهة جدا من ناحية الوزن للنظائر الذي يرغب بالإبقاء عليها وتخصيبها ويتم عملية التخصيب باستخدام الحرارة عبر سائل أو غاز لتساهم في عملية عزل النظائر الغير المرغوبة وهناك طرق أخرى أكثر تعقيدا كاستعمال الليزر أو الأشعة الكهرومغناطيسية.
وتبلغ نسبة اليورانيوم-235 الذي يراد تخصيبه من اجمالي ذرة اليورانيوم الطبيعي نسبة 0.7% فقط ولكن هذا الجزء هو المرغوب فيه لكونه اخف من ناحية الكتلة من الأجزاء الأخرى من اليورانيوم الطبيعي. الجزء المتبقي من اليورانيوم الطبيعي بعد استخلاص جزء اليورانيوم-235 يسمى اليورانيوم-238. تم تخصيب اليورانيوم لأول مرة في الولايات المتحدة بعد الحرب العالمية الثانية حيث تم بناء 3 من المفاعلات النووية في ولايات تينيسي وأوهايو وكنتاكي وكانت الطريقة المستعملة عبارة عن ضخ كميات كبيرة من اليورانيوم على شكل غاز يورانيوم هيكسافلوريد uranium hexafluoride إلى حواجز ضخمة تحوي على ملايين الثقوب الصغيرة جدا وبهذه الطريقة يتم انتشار اليورانيوم-235 (وهو الجزء المطلوب) بسرعة أكبر نسبة إلى اليورانيوم-238 (وهو الجزء الغير مرغوب فيه لكونه أثقل) وتم استغلال الفرق في سرعة الأنتشار وجمع كميات هائلة من اليورانيوم-235 وتمتلك الولايات المتحدة يورانيوم مخصب من النوع العالي الخصوبة بنسبة 90%. ومن أساليب التخصيب الأخرى الأسلوب الذي يعرف بالترشيح ويعتمد هذا الأسلوب على أنه بين النظيرين الموجودين في غاز سداسي فلوريد اليورانيوم، فإن اليورانيوم-235 ينتشر بسرعة أكثر عبر مرشح خاص عن السرعة التي ينتشر بها النظير الأثقل، اليورانيوم-238. وكما هو الحال مع أسلوب الطرد المركزي، يلزم تكرار هذه العملية مرات عديد
وتقاس قدرة محطات تخصيب اليورانيوم في شروط 'وحدات أعمال الفصل أو وحدة فصل. وحدة فصل وحدة معقدة وهي وظيفة من كمية اليورانيوم المعالج (أي مدى الزيادة في تركيز نظير اليورانيوم 235 بالنسبة للفترة المتبقية) ومستوى استنفاد الباقي. وحدة بشكل صارم : كيلو مفرق وحدة العمل، وأنه يقيس كمية من أعمال الفصل تنفيذ لتخصيب كمية معينة من اليورانيوم مبلغ معين. فإنه يدل بالتالي من الطاقة المستخدمة في تخصيب اليورانيوم عندما يتم التعبير عن كميات الأعلاف والمنتجات في كمية الحجم. على سبيل المثال، لإنتاج كيلوغرام واحد من اليورانيوم المخصب إلى 5 ٪ يو - 235 يتطلب 7،9 وحدة فصل إذا تم تشغيل المصنع في ذيول فحص 0،25 ٪، أو وحدة فصل 8،9 إذا كان فحص ذيول هو 0،20 ٪ (مما يتطلب سوى 9،4 كيلوغرام بدلا من 10،4 كيلوغرام من النواه الطبيعية). هناك دائما المفاضلة بين تكلفة وحدة فصل وتخصيب اليورانيوم تكلفة.

المشاكل وتدوير المواد النووية :-

المشكلة الكبرى تكمن في كيفية التخلص من المخلفات النووية الناتجة في المفاعلات النووية. وعادة ما يوضع اليورانيوم المستهلك في احواض مائية كبيرة لمدة عشرات السنين لغرض تخفيض أشعاعها النووي إلى حد يسهل معاملتها صناعيا بعد ذلك. وعندها يمكن اختيار طريقة من بين طريقتين لمعاملتها : أما تجهيزها وتغليفها استعدادا لدفنها في الطبقات الجيولوجية العميقة (على عمق 800 إلى 1000 متر) تحت الأرض بعيدا عن السكان، أو الطريقة الأخرى وتتضمن معالجة اليورانيوم المستهلك كيميائيا لفصل البلوتونيوم-239 عن النفايات المشعة. بعد ذلك يمكن استغلال البلوتونيوم-239 في تصنيع كابسولات جديدة يمكن اعادة استخدامها في المفاعل لتوليد الطاقة الكهربائية، إذ أن البلوتونيوم-239 له نفس الخواص النووية التي يتميز بها اليورانيوم-235 ويصلح لإنتاج الطاقة الكهربائية. أما النفايات المتبقية من المعاملة الكيميائية فيمكن التخلص منها أولا بخلطها بمسحوق الزجاج ثم صهر المخلوط فتصبح النفايات محتجزة في الزجاج الذي يـُصب في أوعية أسطوانية من الحديد الصلب أرتفاعها 120 سم وقطرها 40 سم. وتخزن تلك الأسطوانات شديدة الإشعاع إلى حين بناءالمطرح النهائي للتخلص منها تحت الأرض. والمهم في الطريقة الثانية لمعالجة اليورانيوم المستهلك أنها طريقة لتدوير المواد النووية لاستعادة استخدامها من خلال العملية الكيميائية لفصلها عن النفايات المشعة.وقد اختارت أنجلترا وفرنسا هذا الطريق لما له من فائدة نحو تدوير المواد النووية وإعادة استخدامها. وتقوم كل من إنجلترا في سيلافيلد Sellafield وفرنسا في لاهاج La Hague بتدوير المواد النووية المستهلكة الناتجة من تشغيل مفاعلاتهم.

اعداد : طارق حسين

الأحد، 10 أغسطس 2014

ضوء الليزر يمكنه جعل لقاح الانفلونزا أكثر تأثيرا بسبعة أضعاف


عند تلقي اللقاح، عادة ما يتمُ حَقنهُ في العَضلة تحت الجلد باستعمال الإبرة. لكن اللقاحات التي تؤخذ عن طريق الجلد يمكن أن تستخدم معها طرق أصغر كالوخز بالدبوس، قد تكون مفيدة للأشخاص الذين يتخوفون من الإبر, مثل الأطفال. هذه اللقاحات الجلدية يمكن أن تكون نسبيا بدون ألم, ومن المحتمل أن تستهلك كميات أقل من مواد اللقاح. لسوء الحظ, فإن الكيماويات المساعدة التي تستخدم في اللقاحات العضلية يمكن أن تسبب ندوبا وتقرحات, ولهذا السبب فهناك حاجة ماسة لمواد مساعدة جديدة في اللقاحات الجلدية, كما كتب مختلف الباحثين.

إن المواد المساعدة هي مواد كيميائية مثل أملاح الالمنيوم والزيوت، تعمل عبر تقليد مكونات المسببات للمرض (مثل جدار خلية البكتريا) التي تطور الجهاز المناعي لتمييزها والتفاعل معها.

دراسة جديدة على أنواع مختلفة من الحيوانات تقترح أن تسليط الضوء لفترة قصيرة على المنطقة التي سيتم فيها حقن اللقاح بواسطة الليزر، من الممكن أن تزيد من تأثير لقاح الانفلونزا, بين 4 الى 7 أضعاف, كما تم قياسها بعدد الأجسام المضادة التي ينتجها الجسم, مقارنة بعدم استخدام ضوء الليزر. فائدة هذه الطريقة هي عدم الحاجة إلى استخدام مواد كيميائية مساعدة. وبالتحديد عند مقارنتها بلقاح اعتيادي عضلي للأنفلونزا يكون غير واضح, عندما تم أجراء هذه الدراسة على الفئران والخنازير, رغم أن الباحثين اقترحوا ان هذه التقنية يمكن نقلها إلى البشر ( بما ان جلد الخنزير وجهازه المناعي, بين العديد من الأشياء, مشابه للذي عند البشر).

تكوّن أجهزة الليزر شقوق صغيرة ضمن الجلد تسمى “المناطق الحرارية الصغرى”, والتي تعالج نفسها بنفسها خلال بضعة أيام, كما يكتب المؤلفون في دراسة يصفون بها التقنية, تم طبعها في مجلة Nature.

قبل موتها, تقوم الخلايا التي تموت بإرسال اشارات “خطر ” تقوم بإخبار الجسم ليستجيب للفيروسات والغزاة الاخرين, وتستدعي نوعا من مستكشفي المناعة يسمى الخلايا الجذعية البلازمية شبه الخلوية.

هذه الخلايا تساعد الجسم في التمييز والتفاعل مع فيروس الأنفلونزا, يكتب المؤلفون, كما أن لهذه التقنية تأثيرات جانبية أقل مقارنة بالمواد الكيميائية المساعدة التقليدية، وتمكننا من تجنب بعض المواد المساعدة, مثل الالمنيوم, الذي قد يكون ضارا في التراكيز العالية وهو الخصم المفضل (إلى جانب الزئبق) عند معارضي اللقاحات.

إن نوع الليزر المستخدم في هذه الدراسة تم تطويره في الأصل لأغراض التجميل, لجعل الجلد يبدو أكثر شبابا, كما ذكر موقع Neomatica. وتؤدي المناطق الحرارية الصغرى إلى نمو جديد في الخلايا الظهارية, التي لها القدرة على إعطاء الجسم مظهرا أكثر شبابا.


المصدر : http://ibelieveinsci.com/?p=2305

الثلاثاء، 5 أغسطس 2014

أشعة جاما (Gamma Ray)

هي أشعة كهرومغناطيسية وبذلك تشبة الموجات الضوئية عدا أن طول موجتها أقل كثيراً من الطول الموجي للضوء وتحمل طاقة عالية جداً وتندفع بسرعة الضوء ولها قدرة عالية على اختراق أي جسم يعترض طريقها ولا يحجزها الا الواح سميكة من الرصاص .
وتنبعث أشعة جاما من النوي المشعة على شكل حزمات من الطاقة تدعى الفوتونات ( Photons) وعادة يصاحب إطلاق جسيمات في نفس المستوى ويمكن لأشعة جاما النفاذ خلال كل الأوساط تقريباً حيث أنها تقتل أية خلية حيه تمر خلالها لذلك فأنها تستخدم طبياً في قتل الخلايا السرطانية دونما الحاجة إلى جراحة في بعض الحالات وتعتبر أشعة (جاما) خطراً لانها تخترق الجسم بسهولة لتصل إلى الأعضاء الحيوية الداخلية فتؤذيها .
لذلك يجب أن تكون على حذر ولا نعرض أنفسنا للاضرار فلا تقف كثيراً تحت أشعة الشمس حتى لا نعرض أجسامنا للحروق والأضرار .
والعمال الذين يحتمل تعرضهم لاشعة جاما يحملون علامات مميزة من أفلام تتكون من طبقة فوتوغرافية حساسة لتوضح كمية الإشعاعات التي يتعرضون لها لتتوفر لهم الحماية اللازمة.

خصائص أشعة جاما :

كما ذكرنا سابقا تنبعث أشعة جاما النوى المشعة على شكل حزمات من الطاقة تدعى الفوتونات ( Potons) وعادة يصاحب اطلاق جسيمات بيتا في نفس المستوى وتكون لها طاقات في نفس المجال .
أن أشعة جاما تبلغ عدة آلاف من الإلكترون فولت إلى بضعة ملاين ، ولكنها مخالفة لجسيمات بيتا التي تبطئ عند فقدها الطاقة وينتهي الأمر بإرتباطهما بالذرة بينما تسير أشعة جاما بكافة طاقتها بسرعة الضوء أن أشعة جاما تفقد الطاقة خلال االإلتقاء التصادفي الذي ينتج عن قذف الإلكترونات من النواة وهي قد تفقد جميع طاقتها أو جزء منها خلال الإلتقاء وإذا ما تم فقد جزء من الطاقة فإن الباقي يستمر في السير خلال الفضاء بسرعة الضوء بصفة فوتونات ذات طاقة أقل وكلما زادت طاقة فوتونات جاما زادت طاقة الإلكترونات المتحركة والإلكترونات التي تم إنتقال الطاقة لها من قبل فوتونات أشعة جاما تولد التلف في الوسط(بواسطة تأين وتهيج الذرات) ومتى ما تحرر الإلكترون بواسطة الفوتون فإن الحدث الذي يلي ذلك يعتمد فقط على خواص الإلكترون وليس على فوتون جاما الذي حررته .
كما أن قذف الإلكترون المشحون ( Energtic electron) بواسطة الفوتون الذي له طاقة مقدارها ( Mev1) مثلاً من النواة يعتبر تأين مفرد فقط . أن الإلكترونات عند تباطئها تولد عشرات الألوف من التأينات والتهيجات وأن التلف الناتج سوف يعتمد على عدد ونمط التوزيع الفضائي ( Spstial distribution)لهذه التأينات والتهيجات بدلاً من التأين المفرد الناتج من فوتون جاما .


توجد تطبيقات كثيرة ومتعددة ومفيدة لأشعة جاما منها الآتي :

التطبيقات الطبية لأشعة جاما:

تستخدم اشعة جاما في الطب لقتل الخلايا السرطانيةومنعها من النمو. حيث تنفذ اشعة جاما في الجلد وتعمل على تأيين الخلايا وهذا يسبب قتل تلك الخلايا. تُستخدَمُ في مجال الطبِّ .. لدراسة أمراضِ المخ .. والكبد .. والكُلَي .. والبنكرياس .. والغُدد الدرقيةِ .. وغير ذلك .
تتعرض هذه الأعضاء ُلجرعة بسيطة جدا بدرجة مدروسةٍ لتخترقَ الأعضاءَ بآلة تصويرٍ تعمل بأشعة " جاما " تُوضَعُ خارجَ الجسم .. كذلك يُستعملُ إشعاع" جاما " بصورة دقيقة فى مجال الطب لتدمير الخلايا السرطانيةِ الموجودةِ بالجسم .

التطبيقات الصناعية لأشعة جاما: 

تستخدم اشعة جاما في الصناعة لفحص انابيب البترول واكتشاف نقاط الضعف فيها. حيث تستخدم اشعة جاما في تصوير هذه الانابيب بتسليط اشعة جاما على الانابيب ويوضع فيلم حساس خلف الانابيب وتتكون صورة الظل على الفيلم حيث تظهر مناطق الضعف بصورة مميزة مثل تصوير عظم الانسان بواسطة اشعة اكس. كما تستخدم اشعة جاما في تخليص المواد الغذائية المصنعة من الجراثيم والباكتيريا وغيره. وتستخدم اشعة جاما في المفاعلات والقنابل النووية وفى المجال الصناعى يُوضَعُ منبعُ شعاع " جاما " أمام الشىء المطلوب فحصُهُ .. وتُسَجَّلُ الصورةُ على لوح فوتوغرافى يوضَعُ خلفَ هذا الشئ المرادِ فحصُهُ .. للتأكد من اللِّحامات .. كشف العيوبِ الموجودة . تستخدمُ أشعة " جاما " لتعقيم معلَّباتِ الأغذيةِ المحفوظة المُحْكَمَةِ الغَلْقِ .. كذلك تستخدمُ الأشعة لتعقيم خيوطِ العمليات الجراحية .. لأن أشعة " جاما " تعملُ على قتل البكتيريا الضارةِ الكامنة مع عملية التغليفِ .. حتى لا تتلوثَ هذه المعلباتُ .

التطبيقات العلمية لأشعة جاما: 

تستخدم اشعة جاما في تطوير المفاعلات والقنابل النووية والتجارب العلمية لكشف اسرار النواة يأمل فلكيون أن تساعد انفجارات من أشعة غاما تولد طاقة أقوى من كوادريليون شمس على التوصل إلى أغوار كونية سحيقة مغلفة في الغبار تعد الأرحام التي تولد منها النجوم. قال العلماء: ان أحد هذه الانفجارات ذات الطاقة الهائلة حدث هذا العام. والكوادريليون هو واحد وامامه 15 صفرا. ولا يعرف علماء الفلك الذين يحضرون مؤتمرا في بالتيمور حول انفجارات أشعة جاما سببا لهذه الظاهرة. ولكن قمرا صناعيا هولنديا ـ ايطاليا رصد احدها في 22 فبراير.
واكتشف لويجي بيرو العالم بالمجلس الإيطالي الوطني للأبحاث ومقره روما ان هذا الانفجار أحدث موجات صدمية انتشرت بسرعة مذهلة مثل فقاعة فضائية هائلة ولكن جدارا كثيفا من الغاز احتواها تماما. وقال بيرو: (الغازات الكثيفة لا توجد سوى في مناطق مكدسة جدا حيث تولد النجوم). وقالت فيونا هاريسون الفلكية بمعهد كاليفورنيا للتكنولوجيا: انه اذا كان هذا صحيحا فان انفجارات أشعة جاما يمكن أن تكون علامات كونية ترشد الى أماكن ولادة النجوم. أضافت: (انها علامات ارشادية الى حيث تتكون النجوم. علامات تومض خلال المادة المحيطة بها). وعلى خلاف الموجات الضوئية البصرية فان الغازات لا تعيق أشعة جاما التي تنفذ خلالها. واستطردت هاريسون تقول: (تفرخ النجوم في هذه السحب السديمية الجميلة المحيطة بها والتي تعيق رؤية النجوم نفسها.(واذا تفتت واحد من 100 من هذه النجوم الوليدة في انفجار بأشعة جاما فانه سيلمع ويمكن القول: ان نجوما قد تكونت). ويقول بيرو وهاريسون ان أكبر النجوم الوليدة يمكن أن تسمى انشطارات في أشعة جاما ولكنهما أكدا ان سبب هذه الظاهرة غير معروف. ويمكن تسميتها بالنجوم المستعرة وكتلتها أكبر من كتلة الشمس 50 مرة. تنفجر هذه النجوم الهائلة بمجرد ولادتها ولذلك يصعب رصدها. ولكن اذا كانت انفجارات في أشعة جاما فيمكن ملاحظتها من الأرض على مسافات بعيدة جدا. وأشار بيرو الى أن انفجار الثاني والعشرين من فبراير حدث على مسافة نحو عشرة مليارات سنة ضوئية من الارض. والسنة الضوئية طولها نحو عشرة تريليونات كيلومتر. ويذكر أن انفجارات أشعة جاما تم رصدها لأول مره في السبعينات بواسطة أقمار صناعية تراقب معاهدة حظر التجارب النووية. وحتى الان حدث 3000 انفجار توصل العلماء الى معرفة أماكن 40 منها فقط في الكون السحيق ويعتقدون انها تولد ثاني أكبر طاقة في الكون بعد الانفجار الاكبر. 
ويصعب جدا حساب قوة هذه الطاقة ولكن العلماء يفترضون انه اذا أمكن استغلال واحد في المائة فقط من هذه الطاقة فانها تلبي احتياجات الارض لمدة كوادريليون سنة.
واذا وقع انفجار في أشعة جاما وسط مجرة درب التبانة وكان باتجاه الارض فان الطاقة المتولدة عنه تزيد عن طاقة الشمس 100 ألف مرة ومن شأنها القضاء على كل اشكال الحياة على كوكبنا.

خطورة أشعة جاما والحماية منها:

التعرض لأشعة جاما يسبب تأيين للخلايا البشرية وتتسبب بصورة رئيسية في الإصابة بالسرطان. ولوقاية الاشخاص الذين يعملون في مجال اشعة جاما يستخدم حاجز سمكه 1سم من الرصاص حيث ان له أكبر معامل امتصاص لهذه الاشعة. 
تقطع اشعة جاما مسافات فلكية في الفضاء وتمتص هذه الاشعة فقط عند اصطدامها بالغلاف الجوي للكرة الأرضية. وبهذا يشكل الغلاف الجوي حماية للمخلوقات الحية من هذه الاشعة المدمرة وفي الشكل التوضيحي يبين تأثير الغلاف الجوي للأرض على الطيف الكهرومغناطيسي. نلاحظ أن الاشعة المرئية فقط هي التي تعبر الغلاف الجوي بينما الأطوال الموجية الأقصر تمنع من الوصول لسطح الأرض وذلك لأنها تمتص بواسطة طبقة الأوزون في الغلاف الجوي.

ماذا يمكن أن نرى بواسطة اشعة جاما؟

توضح الصورة المقابل كيف صورة للقمر باشعة جاما حيث يبدو موهجاً كالشمس، إن الرؤيا بواسطة مراصد تعمل باشعة جاما يتعطينا صورة لما يحدث في اعماق المجرات والنجوم والأجرام السماوية، حيث يطمح علماء الفلك من دراسة طيف اشعة جاما المنبعثة من تلك الأجسام فتح افاق جديد في الفيزياء والتحقق من النظريات التي تفسر نشأة الكون.
وأشعة جاما هامة جداً لعلماء الفلك لدراسة التفاعلات الكونية وهناك فلك خاص باسم (أشعة جاما) 



أشعة جاما في الطبيعة

في الطبيعة تنتج اشعة جاما من الشمس نتيجة للتفاعلات النووية وتصل طاقة اشعة جاما إلى مليون الكترون فولت. وتعتبر المجرات السماوية والنجوم المنتشرة في الفضاء من مصادر اشعة اكس. ويعمل علماء الفلك على دراسة هذه الاشعة بواسطة مراصد مخصصة لهذا الغرض لفهم اسرار هذا الكون. كما ان العناصر المشعة مثل ليورانيوم تنتج أشعة جاما باستمرار.

آلية تأثير أشعة جاما على الكائنات الحية الدقيقة:

تستخدم وعلى نطاق واسع أشعة جاما في تطبيقات التعقيم في الصناعات الطبية والصيدلانية والغذائية وتعقيم النفايات وذلك لقدرتها على قتل الأحياء الدقيقة.
ويتم تدمير الأنظمة الحيوية بفعل إشعاعات جاما عن طريقين هما:
التفاعل الغير مباشر والتفاعل المباشر (وهذان المصطلحان يطلقان لوصف تأثير أشعة جاما على مركبات منفصلة كالأنزيمات والأحماض النووية ولا يستخدمان لوصف التأثير على الكائن الذي نظامه الخلوي معقد التركيب الكيميائي كالخلية البكتيرية والفطرية).
التفاعل الغير مباشر يقصد به تأثير أشعة جاما المؤينة على جزيئات تتحول بعد امتصاصها لأشعة جاما إلى جزيئات أو جذور وإلكترونات تؤدي إلى إحداث تفاعلات كيميائية مدمرة للنظم الخلوية (Gazso,1997) تحقق التفاعل الغير مباشر بتأثير أشعة جاما على المذيبات، ولما كان الماء هو المذيب الأساسي للنظم الحيوية فإن الأثر الغير مباشر ينتج بالتالي من نواتج تأين جزيئات الماء إشعاعياً حيث الجذور النشطة جداً والإلكترون المائي كما في المعادلة التالية: 


H2O -----H2O +e
H2O------OH- +H

حيث اُقترح أن الجذر OH- يلعب أكبر أثر في التفاعل الغير مباشر وذلك بتفاعله مع الجزيئات الحيوية، أما الإلكترون المائي الحر فقد قللت بعض الأبحاث من دوره في تفاعلات الأثر الغير مباشر (Alpen, 1990) وفعّلت بعض الأبحاث دوره إلى درجة وضعه في مرتبة جذر الهيدروكسيل OH- في التأثير (Gazso, 1997) .
والمعادلات التالية توضح بعض التفاعلات الممكنة للجذور الطبيعية والإلكترون المائي المتولدة من تأين جزيء الماء إشعاعياً مع جزيئات مهمة خلوياً أو حيوياً: 
تفاعلات استخلاص الهيدروجين:

R–H+H.--------- R.+H2
R-H+OH.------- R.+H2
تفاعلات الفصل:

R–NH3++e--------R.+NH3

R–NH2+H.-------- R. +NH3



تفاعلات الإضافة:

R – CH = CH – R + OH.------ RCHOH – CH. - R



كما أن نواتج التفاعلات السابقة يمكن أن تدخل في تفاعلات أخرى مهمة مثل:
تفاعلات الاستعادة غير الأنزيمية للجزيئات الأصلية المحوّرة بفعل نشاط الجذور المتحررة بعد تأين الماء إشعاعيا: 
R. + R - SH ------R-H+R-S
وتفاعلات إعاقة الاستعادة غير الأنزيمية للجزيئات الصلبة حيث يتفاعل جزيء الأكسجين (O2)مع الجذور المتكونة من تفاعلات استخلاص الهيدروجين والفصل وينتج من اتحاد هذه الجذور مع (O2) تكون بيروكسيد الجذر الأكثر ثباتاً وتحملاً للاسترداد، والتفاعل مع (O2) تفاعل نهائي غير عكوس:
R. + O2 ---- R.+ Peroxide 
أما التفاعل المباشر فيقصد به التغير في الواقع الجزيئي للأهداف الخلوية من عضيات وجزيئات نشطة بفعل الأشعة المؤينة وليس بفعل جزيئات وجذور نشأت من تعرض جزيئات أخرى للأشعة المؤينة .
وغالبا يشار بعبارة الدمار الإشعاعي المباشر أو التفاعل المباشر إلى الأثر التدميري للأشعة المؤينة على المادة الوراثية للخلية لأنها أكبر هدف جزيئي في الخلية.
إن الـ(DNA) مكوّن من الجزيئات التي تحمل المعلومات الوراثية المعنية بالتضاعف والتجديد والانقسام وغيره من الوظائف المهمة خلوياً لذا فإن فقدها أو التأثير فيها يعدّ أمراً مؤثراً على بقاء الكائن وقدرته على الاستعمار، كما أن قدرة الخلية على الأيض قد تُفقد بسبب كسر الروابط وكسر السكر الفوسفاتي ودمار القواعد النيتروجينية.
ويمكن مجهرياً عند فحص الخلية أثناء انقسامها ملاحظة التغير في تركيب الكروموسوم نتيجة للتعرض لأشعة جاما، ولو شععت الخلية بعد انقسام الـ(DNA) فإن أحد الكروماتيدين قد يظهر عليه تغير لا متماثل. 
ونستدل على دمار الـ(DNA) بفعل الإشعاع بالتالي:
- في الكائنات الحية البسيطة كالفاج(phage) والفيروسات عموماً توجد علاقة كمية بين دمار مادتها الوراثية وتوقف وظائفها الحيوية.
- في الكائنات الحية الأكثر تعقيداً كالبكتيريا فإن علاقة دمار الـ(DNA) بفقد الوظائف الحيوية يتضح أيضاً ولكن هذه العلاقة معقدة نوعاً ما. 
- أن قدرة خلايا الأحياء الدقيقة على معاودة النمو بعد تثبيطه بالأشعة عائد إلى إصلاح دمار الـ(DNA).
- الكائنات الحية الدقيقة التي عرف عنها أن قدرتها على إصلاح الـ (DNA) ضعيف تظهر حساسية أكثر للإشعاع.
- الكائنات الحية الدقيقة تزداد حساسيتها للإشعاع إذا عوملت بمواد مؤثرة على قدرتها على إصلاح الـ (DNA ).

اعداد : طارق حسين