تختلف أشعة ألفا وبيتا وجاما في طبيعتها، رغم ارتباطها بالعمليات النووية. ألفا نواة هيليوم، وبيتا إلكترون أو بوزيترون، أما جاما فهي إشعاع كهرومغناطيسي على هيئة فوتونات. تساعد معرفة هذه الفروق على فهم الشحنة والتغير في تركيب النواة، بدل الاكتفاء بحفظ أسماء ثلاثة أنواع. [1][2]
جسيم ألفا: بروتونان ونيوترونان
يتكون جسيم ألفا من بروتونين ونيوترونين، وشحنته +2e، حيث e مقدار الشحنة الأولية. لذلك يمثل نواة هيليوم 4 دون إلكترونات. عند انبعاثه من نواة، ينقص العدد الكتلي A بأربع وحدات، وينقص العدد الذري Z بوحدتين. [1][2]
مثلًا، يتحول البولونيوم 210 في انحلال ألفا إلى الرصاص 206: العدد الكتلي ينتقل من 210 إلى 206، والعدد الذري من 84 إلى 82. نراجع الميزان بجمع 206 + 4 = 210 و 82 + 2 = 84. الانخفاض بأربع وحدات لا يعني قسمة العدد الكتلي على أربعة. [2]
بيتا السالبة: لماذا يزيد العدد الذري؟
في انحلال بيتا السالبة β⁻، يتحول نيوترون داخل النواة إلى بروتون، وينبعث إلكترون وضديد نيوترينو. ليس الإلكترون المنبعث واحدًا من إلكترونات الغلاف الذري؛ يظهر في العملية النووية نفسها. تزيد البروتونات واحدًا، ويبقى مجموع البروتونات والنيوترونات ثابتًا، فيبقى A ويزداد Z واحدًا. [3]
لا تعني كلمة «سالبة» أن العدد الذري ينخفض؛ إنها تصف شحنة جسيم بيتا المنبعث. وعند كتابة معادلة كاملة يجب الانتباه إلى الجسيمات الأخرى التي تحمل طاقة وزخمًا، فلا نحصر الناتج في الإلكترون والنواة فقط.
بيتا الموجبة: التغير المعاكس
في بيتا الموجبة β⁺ يتحول بروتون في النواة إلى نيوترون، وينبعث بوزيترون ونيوترينو. البوزيترون نظير الإلكترون من المادة المضادة، وشحنته +e. يبقى العدد الكتلي كما هو، لكن العدد الذري ينقص واحدًا. [3]
إذن لا نضع قاعدة واحدة للعدد الذري لكل بيتا دون تحديد النوع. الجدول التالي يفصل الحالتين، وهو جدول للحساب النووي، وليس حكمًا بأن أي نواة يمكن أن تسلك جميع هذه المسارات.
جاما: تغير في الطاقة دون تغيير العددين
فوتون جاما غير مشحون وكتلته السكونية صفر، لكنه يحمل طاقة وزخمًا. ينشأ الإشعاع النووي من هذا النوع عندما تنتقل النواة من حالة مثارة إلى حالة أقل طاقة؛ لا يخرج بروتون أو نيوترون بسبب هذا الانتقال وحده. لذلك لا يتغير A أو Z. [1][2][4]
قد يأتي انبعاث جاما بعد عملية أخرى تركت النواة مثارة، لكنه لا يلزم أن يصاحب كل انحلال ألفا أو بيتا. وإذا رمزنا إلى الحالة المثارة بنجمة، نكتب انتقالًا عامًا X* → X + γ؛ النجمة تخص الطاقة، لا عدد النيوكليونات. [2]
جدول مقارنة ألفا وبيتا وجاما
| النوع | الجسيم أو الإشعاع | الشحنة | تغير A | تغير Z |
|---|---|---|---|---|
| ألفا | نواة هيليوم 4 | +2e | −4 | −2 |
| بيتا السالبة | إلكترون | −e | لا يتغير | +1 |
| بيتا الموجبة | بوزيترون | +e | لا يتغير | −1 |
| جاما | فوتون | صفر | لا يتغير | لا يتغير |
المقارنة هنا في طبيعة الإشعاع وحساب النواة. أما الطاقة والقدرة على التأيين والاختراق فتحتاج إلى وصف المصدر والمادة والمسار؛ لا تختزل في سرعة ثابتة لكل بيتا أو سماكة واحدة صالحة لكل إشعاع. [1]
كيف تقرأ معادلة انحلال إشعاعي؟
- حدد نوع الانبعاث وإشارته، خاصة في بيتا.
- وازن الأعداد الكتلية والأعداد الذرية على الطرفين.
- ميز تغير تركيب النواة عن تغير حالتها الطاقية.
- قد تكون النواة الناتجة غير مستقرة أيضًا؛ لا تفترض الاستقرار بمجرد حدوث انحلال واحد. [2]
المصادر ومتابعة القراءة
- EPA: أساسيات الإشعاع وأنواعه (يفتح في نافذة جديدة)epa.gov
- OpenStax: أنماط الانحلال الإشعاعي (يفتح في نافذة جديدة)openstax.org
- وزارة الطاقة الأمريكية: انحلال بيتا (يفتح في نافذة جديدة)energy.gov
- OpenStax: كتلة الفوتون السكونية وطاقته وزخمه (يفتح في نافذة جديدة)openstax.org
أُعدّ هذا المقال بصياغة عربية أصلية بالاستناد إلى المصادر أعلاه، وهو مدخل تمهيدي إلى الموضوع. اقرأ منهجية المحتوى وحدوده.