الأخطار الناتجة عن الإشعاع 

1- الحد المسموح به:

تقاس جرعة إشعاع γ أو أشعة X المعرض لها الإنسان بوحدة هي الرونتجن (r) والتي تعرف على أنها: كمية أشعة X أو أشعة γ التي تنتج كمية من الشحنة قدرها ^4-10 × 2.58 كولوم/كيلوجرام من الهواء الموجود عند معدل الضغط ودرجة الحرارة، وبأجراء حسبة بسيطة نستطيع أن نبين أن تعرض الهواء لرونتجن واحد من الإشعاع الكهرومغناطيسي يؤدي إلى امتصاص لكمية من الطاقة قدرها ^2-10 × 0.87 جول لكل كيلوجرام، أي أن:

(1) .............

كما وهناك وحدة أخرى هي الراد (rad) وهي كمية الإشعاع التي تؤدي إلى امتصاص 100 أرج من الطاقة /جرام من المادة. أي أن:

في حالة الماء وجد أن تعرضه لروتنجن واحد يؤدي إلى امتصاص كمية من الطاقة قدرها 0.97 راد. (الإشعاع هو إشعاع كهرومغناطيسي وبطاقة تساوي 1 م.ا.ف.) وحيث أن النسيج الحي (في الإنسان) يمكن اعتباره كالماء من حيث طبيعة التركيب، فإن تعرض النسيج الحي لروتنجن واحد يؤدي إلى امتصاص راد واخد تقريباً. في حالة العظام، وجد أن التعرض لروتنجن واحد إشعاع كهرومغناطيسي وبطاقة قسرها 30ك.ا.ف.) يؤدي إلى امتصاص جرعة قدرها 4.32 راد.

في النظام العالمي للوحدات (± S) تقدر الجرعة الممتصة بوحدة هي الغراي (GY) حيث:

 (2)............... 

وهكذا يتضح لنا أن التأثير البيولوجي للإشعاع الكهرومغناطيسي يعتمد على كمية الجرعة وحجم العضو المصاب. لقد عينت اللجنة الدولية حداً أعلى للإشعاع المسموح به بما يساوي 3 رونتجن لكل ثلاثة عشر أسبوعاً وذلك للعاملين بمناجم الراديوم. والمعرضين لإشعاع γ ولكن هذا الحد ليس مضموناً. نبين في الجدول (1) التأثيرات الناتجة عن تعرض جسم الإنسان لجرعات من إشعاع γ كما ونبين في الشكل (1) معدل الاحياء بعد تعرضهم لجرعة حادة من إشعاع γ. حيث يتضح من الجدول والشكل أن تعرض السكان لجرعة قدرها حوالي 400 روتنجن يؤدي إلى وفاة نصفهم. كما ونذكر هنا ان تعرض الإنسان لنفر هذه الجرعة ولكن لفترة زمنية طويلة قد لا يؤدي إلى نفس النتيجة السابقة، فمثلا إذا تعرض الإنسان لجرعة قدرها روتنجن واحد يومياً لمدة 400 يوماً لن ينتج عنها موتاً له، وبالمثل إذا وزعت هذه الجرعة على خمس عشرة سنة وبمعدل قدره 0.5 روتنجن أسبوعياً لن تؤدي إلى تأثير ملحوظ (حتى الآن!).

الشكل (1)

الجدول (1) التأثيرات الناتجة عن تعرض الجسم لجرعات من اشعاع γ.

ب- الوقاية من إشعاع γ:

عند حدوث انفجار نووي تنتج أشعة γ عن الانشطار النووي وتتراوح طاقة أشعة γ بين 0.5، 5 م.ا.ف. وعندما تتحرك هذه الأشعة في الهواء فإنها تفقد طاقتها عن طريق تفاعلاتها مع المادة. ومن ثم تقل هذه الطاقة كلما ابتعدنا عن مركز الانفجار وتدل القياسات على أن طاقة أشعة γ تهبط إلى 3 م.ا.ف. على بعد قدره حوالى كيلومتر واحد من مركز الانفجار. نبين في الجدول (2) جرعات أشعة γ الابتدائية كدالة في البعد عن مركز الانفجار وسمك الخرسانة المسلحة اللازم لتقليل هذه الجريمة إلى 100 روتنجن. يمكن استخدام الملاجيء: التحت أرضية للعمل على حماية الإنسان من هذا الإشعاع.

الجدول (2)

جـ- الوقاية من إشعاع النيوترون:

تنطلق نيوترونات بطاقة تزيد على 1 م. أف. نتيجة للانشطار النووي, ويفوق تأثير النيوترونات البيولوجي على جسم الإنسان تأثير أشعة γ عليه. نبين في الجدول (3) الجرعات الناتجة عن امتصاص النيوترونات بواسطة النسيج الحي كدالة في طاقتها

الجدول (3)

النيوترونات السريعة الناتجة عن الانفجار النووي. فينبغي أولاً تحويلها إلى نيوترونات حرارية. ويتم ذلك بتعريض فيض النيوترونات لمادة هيدروجينية حيث يمكن للنيوترون عند تصادمه مع ذرة الهيدروجين (البروتون) أن يتحول إلى نيوترون حراري في تصادم واحد. وبالتالي يلزم ارتداء ملابس تحتوي على البرافن (كمادة هيدروجينية) أو تطلى به لتقليل طاقة النيوترونات. وهذا ما يجب أن يلبسه الجنود الذين يقدر لهم أن يخوضوا حرباً نووية.

د- الغبار النووي (Radioactive Fall - out):

تنطلق نتيجة للانشطار النووي مجموعة كبيرة من النظائر المشعة التي تعرف بنواتج الانشطار. وكذلك النيوترونات السريعة حيث تقوم هذه النيوترونات تشيط المواد التي تتركب منها القنبلة كالحقيبة الحاوية لها والعاكس وغير تلك الأجزاء ومن ثم تتحول هذه المواد إلى مواد مشعة. كما وأنه إذا تم تفجير القنبلة بالقرب من سطح الأرض، فإن حرارة الانفجار والتفريغ الناتجين في المركز يؤديان إلى امتصاص جزء من قشرة الأرض وارتفاعه مع كرة اللهب النووية ومن ثم تنشيطه بالنيوترونات. فإذا ما كانت القنبلة المتفجرة بقوة كيلو طن فإن البخار المتوهج في الكرة سوف يبرد بسرعة متحولاً إلى غبار نووي وذلك على بعد يبلغ عدة كيلومترات فوق سطح الأرض. يعرف هذا الغبار بالغبار الذري المتساقط (Fall - out).

ويظل هذا الغبار معلقاً عند الارتفاع الذي فجرت عنده القنبلة بينما يتجول حول الكرة الأرضية مع الغيوم. وخلال ثلاثة أسابيع يتساقط نصفه تقريباً مع الأمطار، بينما تتساقط البقية خلال ثلاثة شهور من تاريخ الانفجار. قد لا يشكل هذا التساقط الناتج عن قنبلة الكيلوطن خطراً كبيراً على الصحة. ولكن هناك حالتين جديرتين بالدراسة نتجتا عن انتشاره الواسع في الغلاف الجوي:

1- خلال الحرب العالمية الثانية 1945.39م. تم تجميع كميات كبيرة من النفايات الورقية حيث أعيد تصنيعها إلى الورق بعض هذه النفايات ثم تجميعها من مصانع كانت تستخدم مواد مشعة لدهن مزاول وعدادات الطائرات. ومن ثم امتد التلوث الإشعاعي إلى معظم أوراق الكرتون (الورق المقوى) المصنعة حينئذ. كما تبين أن معظم الأفلام الفوتوغرافية الحساسة قد تأثرت (أصبحت الصور المسحوبة بواسطتها ضبابية) وذلك نتيجة وضعها في أغلفة الورق المقوى الملوث كما ولوحظ أن الكثير من صناديق الأفلام الحساسة قد تلفت هي الأخرى . لقد بينت التجارب أن المادة المشعة التي لوثت أوراق الكرتون عبارة عن نظائر تطلق أشعة β. بطاقة عظمى تبلغ 0.6 م. ا. ف وبعمر نصف يقدر بحوالي 30 سنة. ومن ثم استنتج أن هذه المادة هي Ce¹⁴¹ الذي يشكل حوالي 6% من مجموع شظايا الانشطار الناتجة في القنبلة النووية. كما وبينت الدراسات أن نثر 50 جراماً من هذه المادة فوق الولايات المتحدة الأمريكية سيؤدي إلى التلوث المشاهد. ومن ثم يعتقد أن هذا النظير قد تساقط بعد اختبار تفجير يوليو 1945 في الموجوردو (Alamogordo). حيث اختلط هذا النظير مع مياه النهر التي استخدمت في صناعة الورق المقوى.

كما ووقعت حادثة أخرى في نوفمبر 1951 عندما تم توقف إنتاج أوراق الأفلام الحساسة في مصنع روشستر بنيويورك حيث اكتشف تسلل الغبار الذري من فتحات التهوية التي زود بها المصنع. لقد نتج هذا الغبار عن اختبارات للتفجيرات أجريت في صحراء نيفادا حيث انتشر هذا الغبار من هناك حتى وصل إلى نيويورك.

2- بعد أن فجر الروس أول اختبار نووي لهم عام 1949 ، تناقلت الصحف تفاصيل القنبلة الروسية وأنها صنعت من البلوتونيوم وذلك فور حدوث الانفجار، فكيف عرف ذلك؟ الإجابة على هذا السؤال بسيطة، فلكل من اليورانيوم والبلوتونيوم نواتج انشطار مختلفة عن الآخر، ومن ثم يمكن اكتشاف نوع معين من نواتج الانشطار ليدل على استخدام أياً من هاتين المادتين لصناعة القنبلة.

ينطبق ما سبق على الغبار الناتج عن تفجير قنبلة زنة كيلوطن. أما الغبار الناتج عن تفجير قنابل زنة ميجاطن (القنابل الهيدروجينية) فتأثيره أكثر خطراً. تبدا هنا كرة اللهب في البرودة ببطء ومن ثم ترتفع إلى ارتفاعات كبيرة قبل أن تبرد وتتحول إلى غبار نووي. لقد تبين أن هذا الغبار يعلق في الجو على ارتفاعات تصل إلى 16 كيلومتراً. ومن ثم يمكنه الانتشار على منطقة كبيرة من سطح الأرض خلال عدة سنوات. تتحلل معظم العناصر ذات الأعمار القصيرة قبل أن تصل إلى سطح الأرض. أما العناصر الأطول عمراً فتصل إلى الأرض، من هذه نوعين رئيسيين هما: السترشيوم - 90 (عمر النصف Y 28) والسيزيوم — 137 (عمر النصف له Y 30). كما وأنه تبين أنه بعيد كل انفجار ذي قوة تساوي ميجاطن فإنه ينطلق السترنشيوم - 90 (بعمر نصف قدره 50 يوماً) حيث يصل إلى سطح الأرض بكميات كبيرة.

يكمن خطر الغبار النووي هذه الأيام في احتوائه على السترنشيوم - 90 الذي يمثل خطراً كبيراً على الصحة العامة. فالسترشيوم يماثل الكالسيوم من حيث التركيب الكيميائي كما وأنه يترسب في الهيكل العظمي للإنسان كما الكالسيوم. فعندما يصل السترشيوم المتساقط مع الغبار إلى سطح الأرض ينتقل إلى المحاصيل الزراعية والأعشاب ومن ثم يصل إلى غذاء الإنسان وشربه كما يبين ذلك الجدول (4) الذي يبين الجرعات اليومية التي يتناولها الإنسان من السترشيوم في غذائه. لقد تبين أيضاً أنه في مناطق بعيدة عن مركز الانفجار فإن معدل تراكم السترانشيوم يعتمد على خط العرض على الكرة الأرضية. كما يوضح ذلك الشكل (2) الذي يبين تركيز الغبار النووي (السترانشيوم) على

الشكل (2)

سطح الكرة الأرضية حسب خطوط العرض. يتضح لنا أنه للمناطق التي تقع عند نفس خط العرض فإن معدل الترسب يعتمد على غزارة الأمطار التي تعتبر أهم طريقة يصل بها الغبار النووي إلى سطح الأرض.

يتم حالياً قياس تساقط الستراشيوم على الأرض في محطات مراقبة تنتشر حول الكرة الأرضية وتقدر هذه الكمية بوحدة هي (²mCi/km). وعندما نتحدث عن تواجد السترشيوم في غذاء الإنسان أو النسيج الحي فإننا نستخدم وحدة تعرف: بوحدة الستراشيوم (.S.U) حيث تمثل هذه الوحدة تركيزاً قدرهCi  10^-12 × 1 من السترانشيوم لكل جرام من الكالسيوم

يتضح من الجدول (4) أن أهم مصدر للسترشيوم في الغذاء هو الحليب والغلال. وهنا يكمن الخطر. ففي حالة البالغين لا يساهم الحليب الذي يشربونه في بناء هيكلهم العظمى بل يحتاجون لكمية قليلة من الكالسيوم (ومن ثم سترانشيوم) الذي يطرد بسرعة (ومعه السترانشيوم) خارج الجسم. أما في حالة الأطفال فإن الكالسيوم يستخدم لبناء العظام ومن ثم يترسب فيها ومعه الستراشيوم المشع.

الجدول (4)

يتم حالياً تقدير كميات الستراشيوم في عينات من الأموات في الكثير من معامل الأبحاث في العالم وذلك لدراسة أثر السترانشيوم. لقد وجد أن معظم حالات الوفاة تنتج لأطفال صغار بسبب امتصاصهم للستراشيوم المتواجد في الغبار الذري بعد انتقاله إلى لحليب. لقد تبين أنه في حالة الأطفال الأكبر سناً أو البالغين فإن تركيز السترانشيوم يقل كثيراً، وهذا ما يبدو واضحاً من الشكل (3) الذي بين تركيز السترانشيوم في عظام الأطفال كدالة في أعمارهم عند الوفاة.

الشكل (3)

هـ - التسمم النووي Radioactive Poisons:

يمكن استخدام نواتج الانشطار كسموم نووية. وقد أجريت حسابات على كمية هذه النواتج التي يمكن أن تسبب جرعة قاتلة للمنطقة الهدف. وعلى كل حال هناك العديد من هذه النواتج ذات أعمار نصف قصيرة وتطلق إشعاعاً منخفض الطاقة، وهذه لا تشكل خطراً كبيراً، أما النظائر التي تطلق أشعة β.

بطاقة أكبر من 1.0 م.ا.ف. أو أشعة γ بطاقة تبلغ 0.1 م.ا.ف. فهذه تنال اهتماماً بهذا الخصوص. أن مفاعلاً نووياً يعمل بطاقة قدرها ميجاوات يطلق نواتج تبلغ فاعليتها 250 كوري شهرياً. فإذا ما نشرت هذه النواتج على مساحة ما بمعدل قدره 2 كوري لكل متر مربع فإنه ينتج عنها جرعة من إشعاع γ قدرها 200 روتنجن يومياً في البداية. ومع مرور الوقت تتحلل هذه المواد وينتج عنها جرعة قدرها 4000 روتنجن خلال الشهر الأول. أما الجرعة الناتجة عن إشعاع م فتقدر بحوالي ثلاثة أمثال القيمة السابقة.

كما بينت تقديرات أجريت بواسطة هيئة الطاقة الذرية الأمريكية وبنيت على فروض أخرى أن تلوث المنطقة بمعدل 2 كوري لكل متر مربع سيؤدي إلى جرعة ابتدائية من إشعاع γ تقدر بحوالي 500 روتنجن يومياً. وهذه جرعة قاتلة (حسب الجدول 1).

كما وتضيف الجرعة الناتجة عن استنشاق الغبار المشع أخطاراً جديدة على الصحة العامة. وبينت الدراسات أن تجرع هذا الغبار يؤدي إلى جرعة قاتلة خلال 30 دقيقة. على كل حال يمكن التخلص من هذا الخطر بارتداء كمامة واقية من هذه الغازات.

من المناسب هنا أن نذكر أن الحسابات السابقة تحتوي على أخطاء كبيرة، و لكنه يبدو من الواضح أن تلوث منطقة مفتوحة بفاعلية تبلغ 2 كوري لكل متر مربع يؤدي إلى وفاة الكائنات الحية (كالإنسان والحيوان) كما وأن استخدام الأبنية والملاب كدروع للإشعاع سوف يقلل من هذا التأثير.

أن استخدام نواتج الانشطار كسموم إشعاعية عملية صعبة. فهناك الكثير من المشاكل التي تتعلق بفصل هذه المواد وإعدادها علاوة مع صعوبة الحصول على كميات كافية منها. كما وأن الكثير من هذه النواتج تتحلل بسرعة (كما ذكرنا) ومن ثم لا يمكننا الاحتفاظ بها لمدة طويلة. ولقد بينت الدراسات أن تشغيل ثلاثة مفاعلات نووية في الولايات المتحدة (في هانفورد) ينتح عنه 10⁸ × 7.5 كوري شهرياً، وهذه الكمية كافية لتلويث منطقة مساحتها حوالي Km 4002 بمعدل 2 كوري لكل متر مربع.