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
اعداد : طارق حسين
لماذا تستخدم اشعة غما في التعقيم؟؟
ردحذفارجو الرد فورا
ردحذفنسبة لتأثيرها العالي على الميكروبات والبكتريا فهي قاتة من الدرجة الأولى
ردحذفاشعة الجاما لتستخدم بنسبة كام و اية اقل نسبة ليها؟
ردحذفأزال أحد مشرفي المدونة هذا التعليق.
ردحذفأزال أحد مشرفي المدونة هذا التعليق.
ردحذفأزال أحد مشرفي المدونة هذا التعليق.
ردحذفأزال أحد مشرفي المدونة هذا التعليق.
ردحذف