--------------------------------------------------------------------------------
الأطياف
أشعة الراديوradio waves
كان لتجارب العلماء مثل هيرتز Hertz وماكسويل Maxwell وفرادي Faraday واختراع التلجراف بواسطة العالم ماركوني Marconi الفضل في اكتشاف أمواج الراديو (أشعة الراديو) وفهمها واستخدامها في العديد من التطبيقات. امواج الراديو هي التي لها اكبر طول موجي في الطيف الكهرومغناطيسي وتستخدم في نقل الاصوات واشارة التلفزيون والتلفون....
تطبيقات امواج الراديو:
الطب:
تستخدم امواج الراديو لنقل معلومات عن دقات القلب المريض من بيته إلى المستشفى. وكذلك من سيارة الاسعاف إلى المستشفى التي سينتقل إليها المريض. فيمكن الطبيب من اعطاء تعليماته لممرضين لتقديم الاسعافات الاولية واسعافه.
الصناعة:
تستخدم امواج الراديو في المجالات الصناعية في الاتصال بين المؤسسة وموظفيها وتمكنهم من تبادل المعلومات من مواقع عملهم. كذلك تستخدم في اجهزة الرموت كونترول للتحكم في الاجهزة عن بعد.
العلوم:
يقوم العلماء الفلك باستدام تلسكوبات خاصة لالتقاط امواج الراديو من الفضاء الخارجي. حيث ان امواج الراديو يمكن التقاطها بواسطة اريال antenna المثبتة علىالتلسكوب.
أشعةُ الميكروويفMicrowaves Microwaves
اكْتشِفَتْ « أشعةُ الميكروويف » فى العشرينات من خلال الكثيرِ من الأبحاث
تندفعُ « أشعة الميكروويف » فى خطوط مستقيمةٍ بعيدا عن سطح الأرضِ أو في الغلاف الجوى .. وقد تَضْعُفُ بالضغط أو بالرطوبة .. أو بالحرارة أو عند اقترابِها من سطح الأرضِ
« أشعة الميكروويف » لها قدرةٌ كبيرةٌ على اختراق الأشياءِ .. لذلك تُستخدم فى طهى المأكولات فى أفران خاصة فى دقائقَ قليلةٍ . تُستخدمُ هذه « الأشعةُ » فى الأغراض العلمية .. والصناعية .. والعسكرية .. وخاصةً فى الرادار تُستخدمُ « أشعة الميكروويف » بَديلاً عن المبيدات الكيميائية لقتل الحشراتِ .. والميكروبات .. والفطريات التى تَضُرُّ بالزرع والتربة .. ويكفى لذلك مُوَلِّدٌ كهربائى مُتنقلٌ مع أنبوبتى « كليسترون » لقتل الحشراتِ حتى عمقِ مترين فى باطن التربةِ تُستخدمُ « أشعة الميكروويف » للاتصالِ بالأقمار الصناعية والاتصالاتِ الهاتفية بين أبراجِ المَدَى المنظور فقط .. أو بين نقطتين مرئيتين « أشعة الميكروويف » إشعاعاتٌ كهرومغناطيسية ذاتُ موجاتٍ قصيرة نِسْبِياًّ أى تبدأ من موجة طولها 1 سم بذبذبة 30 جيجا هيرتز ، و «الجيجا » يساوى ألفَ مليون ذبذبةٍ .. و« الهيرتز » معناها ذَبْذَبَة.
أشعة الليزر
كلمة « ليزر » هى مختصرٌ لعبارة « تفخيمِ الضَّوءِ بإثارة الإشعاعِ المنبَعِثِ » معربة للحروف الأولى باللغة الإنجليزية . « أشعة الليزر » على عكس طبيعة الضوء .. فهو مُشَتَّتٌ .. ولكن هذه الأشعةَ متماسِكَةٌ .. ومترابِطةٌ فى اتجاه واحد بلا تَشَتُّتٍ فى موجات منتظمة مركزة .. تحمل الطاقة فى خط سير محدود اكتشف « أشعة الليزر » العالمان « تشارلز تاونس » .. و « أرثر شولو» عام 1958 واستطاع العالِم « مايمان » عام 1960 صنعَ أولِ جهاز لهذه الأشعة تُستخدم « أشعة الليزر » على نطاق واسع فى الطب لإجراء العمليات الجراحية الدقيقة بدون استخدامِ مِشْرَطِ الجَرَّاحِ .. وتستخدم بكثرة فى العمليات الدقيقة جدا مثل تثبيت شبكيَّةِ العينِ كما تُستخدم « الأشعة » فى قَطْعِ المعادن .. والماس .. وثَقْبِ ثقوبٍ دقيقةٍ للاستخدامات الفنية وتسـتخدم كذلك فى الأغراض العسكرية كـتوجيهِ الصواريخِ . أو القنابلِ إلى هدف مُعَين عن بعد .. بتسليط « شعاع الليزر » .
أصبحت « أشعة الليزر » بديلا عن إبرة اسطوانات الموسيقى فى التشغيل تستخدم « أشعة الليزر » لقياس المسافة بين القمر والأرض .. عند إرسال الشعاع من الأرض إلى القمر يرتَدُّ خلالَ ثانية .. وسبب الارتداد هى مرآةٌ صغيرةٌ وضَعَها رواد الفضاء على سطح القمر .. فى يوليو عام 1969 هذه المرآة تجعل الشعاعَ يرتد ثانيا إلى الأرض . و « أشعة الليزر » يطلَقُ عليها « الضوءُ الخارق » لأنها تَخْرِقُ الجزءَ الذى تسقط عليه مباشرة بثقب لا يزيد على فعل سِنِّ الدُّبوس .. كما أنها تسيرُ لمسافات تصلُ إلى مئات الكيلو مترات دون ان تتفرقَ لذلك يقولون عنها « أشعة الدِّقةِ البالغة .. والشدة العالية » . تستخدم « أشعة الليزر » الآن فى تشغيل لُعَبِ الأطفال وخاصةً المسدساتُ والألعابُ الناريةُ المُبْهِجَةُ.
الأشعة تحت الحمراء Infrared Waves
Wavelength: 7.5 x 10-7 meters to 1 x 10-4meters.
تعني كلمة Infra تحت وهذا يعني أننا في منطقة الأشعة تحت الحمراء والتي ترددها اقل من تردد الأشعة الحمراء في الطيف الكهرومغناطيسي المرئي. الأجهزة التي تستخدم الأشعة تحت الحمراء يمكنها الرؤية في الظلام الدامس لأنها تعتمد على الإشعاع الحراري المنطلق من الأجسام (انظر أيضاً أجهزة الرؤية الليلية). ويسم الجهاز المستخدم للرؤية الليلية بالبالوميتر Balometers.
يقع طيف الأشعة تحت الحمراء بين الطيف المرئي وطيف أشعة المايكروويف. تغطي الأشعة تحت الحمراء منطقة واسعة من الطيف الكهرومغناطيسي ككل وتكلية إلى ثلاثة مناطق وهي على النحو التالي:
الأشعة تحت الحمراء القريبة Near infrared وهي الأقرب إلى الأشعة المرئية وبالتحديد اللون الأحمر.
الأشعة تحت الحمراء البعيدة Far infrared وهي التي تكون الأقرب إلى أشعة المايكروويف.
الأشعة تحت الحمراء الوسطى Med infrared وهي التي تقع بين المنطقتين السابقتين.
الأشعة تحت الحمراء هي أشعة حرارية وتنبعث من كافة الأشياء من حولنا مثل الفرن أو المصباح الحراري أو من الاحتكاك أو من تسخين أي جسم وتنبعث كذلك من أجسامنا وهي الأشعة التي تصلنا من الشمس ويشعر الجلد بالدفء عند التعرض إلى أشعة الشمس.
ولهذا تستخدم الأشعة تحت الحمراء في بعض الأحيان لتسخين الطعام أو الإبقاء عليه ساخناً.
يجب التأكيد على نقطة هامة وهي أن الأشعة تحت الحمراء القريبة لا تعد ساخنة ولا يمكن الشعور بها وهي التي تستخدم في أجهزة الرموت كنترول للتحكم بالأجهزة عن بعد. العديد من الأشياء تصدر أشعة تحت الحمراء مثل جسم الإنسان والحيوان والنباتات وكذلك الكرة الأرضية والشمس والأجرام السماوية، هذه الأشعة ليمكن رؤيتها بالعين المجردة وباستخدام أجهزة خاصة تمكن الإنسان من الرؤية في الظلام الدامس باستخدام هذه الأشعة.
تطبيقات الأشعة تحت الحمراء:
الطب:
يستخدم الأطباء الأشعة تحت الحمراء لمعالجة الأمراض الجلدية ولتخفيف الألم التي قد تصيب العضلات. يتم في هذه المعالجة تسليط الأشعة تحت الحمراء على جسم المريض حيث تخترق الجلد وتعمل على تدفأة الجلد بدرجة معينة لتنشيط الدورة الدموية.
الصناعة:
استخدمت الأشعة تحت الحمراء في بعض الأفران الخاصة للطلاء الجاف للأسطح مثل الجلد والمعادن والأوراق والأقمشة. كذلك طور العلماء بعض النوافذ الخاصة المستخدمة في المكاتب والمنازل بحيث تعكس الأشعة تحت الحمراء وبهذا يمكن الحفاظ على درجة حرارة ثابتة للمكاتب. كما يستخدم بعض المصورين أفلام حساسة للأشعة تحت الحمراء للتصوير في الظروف التي ينعدم فيها توفر الأشعة المرئية أي التصوير في الظلام باستخدام طيف الأشعة تحت الحمراء.
الأشعة المرئية visiblelight
وهو الجزء من الطيف الكهرومغناطيسي الذي نراه ونرى بواسطته، نرى هذا الطيف على شكل ألوان كالتي تظهر بعد في السماء سقوط المطر وتعرف بقوس قزح، لكل لون من هذه الألوا طول موجي خاص يكون فيها اللون الأحمر اطول طول موجي في الطيف المرئي بينما يكون اللون الأزرق أقصر الأطوال الموجية. اجتماع هذه الألوان مع بعضها البعض يعطي اللون الأبيض. ولتحليل الضوء الأبيض إلى ألوان الطيف نستخدم منشور كما في الشكل حيث ينحرف (ينكسر) كل لون بزاوية خاصة حسب طوله الموجي.
الطيف الكهرومغناطيسي المرئي
الشمس مصدر اساسي للاشعة المرئية وبدونها لما تمكنا من رؤية الأشياء من حولنا حيث أن عملية الابصار تعتمد على انعكاس هذا الطيف الكهرومغناطيسي من الاجساء وسقوطها على العين فاللون الاحمر يعكس اللون الاحمر ويمتص باقي الألوان ولذالك نراه احمر وهكذا بالنسبة لبقية الألوان وتتكون الصورة المرئية بتجميع هذه الانعكاسات على شبكية العين. كذلك تعمل كاميرا التصوير الفوتوغرافية أو الفيديو بنفس الآلية. ولكن يجب التنويه هنا إلى ان العين غير مبصرة لبقية الطيف الكهرومغناطيسي لحكمة يعلمها سبحانه وتعالى وقد طور الإنسان كاميرات تستطيع استخدام نطاقات أخرى من الطيف الكهرومغناطيسي الغير مرئي.
الأشعة فوق البنفسجية Ultraviolet Waves
Wavelength - 1 x 10 -8 to 5 x 10 -8 m
الأشعة فوق البنفسجية لها طول موجي أقصر من الطول الموجي للضوء الأزرق. الأشعة فوق البنفسجية غير مرئية بالنسبة للإنسان ولن بعض الحشرات والطيور يمكن أن ترى بواسطتها. كما أن هذه الأشعة تساعد على تنشيط التفاعلات الكيميائية في النباتات ولكن التعرض لها أكثر من اللازم يقتل الخلايا النباتية. اكتشفت الأشعة فوق البنفسجية في العام 1801 من قبل العالم Johann W. Ritter بواسطة تجربة عملية قام فيها باستخدام منشور لتحليل ضوء الشمس إلى ألوانه الأساسية وتعريض كل لون على عينة من الكلوريد ولاحظ أن الضوء الأحمر يحدث تأثير طفيف للكلوريد ولكن الضوء ذو اللون البنفسجي سبب في اسمرار لون الكلوريد. وبمجرد تعريض الكلوريد إلى المنطقة بعد اللون البنفسجي احترقت عينة الكلوريد تماماً، وهذا إثبات على وجود طيف كهرومغناطيسي غير مرئي بعد اللون البنفسجي أطلق عليه بالأشعة فوق البنفسجية ultraviolet أو UVlight.
كلية العلماء منطقة طيف الأشعة فزق البنفسجية إلى ثلاثة مناطق ترجع إلى طاقة الأشعة وهذه المناطق تعرف بـ:
الأشعة فوق البنفسجية القريبة nearultraviolet وهي القريبة من الطيف المرئي.
الأشعة فوق البنفسجية المتوسطة farultraviolet وهي التي تقع بين المنطقة القريبة والمنطقة البعيدة.
الأشعة فوق البنفسجية البعيدة extreme ultraviolet وهي الأقرب إلى أشعة اكس والتي لها اكبر طاقة.
تشع شمسنا كافة الأطياف الكهرومغناطيسية ولكن الإشعاع الذي يسبب اسمرار الجلد عند التعرض لأشعة الشمس هو الأشعة فوق البنفسجية حيث أن جزء غير بسيط من هذه الأشعة تستطيع اختراق الغلاف الجوي، ولا شك في أننا قد لاحظنا لسعة أشعة الشمس على الجلد عند تعرضنا مباشرة لها، هذه اللسعة لا نشعر بها في حالة سقوط أشعة الشمس من خلال نافذة من الزجاج لأن الزجاج يمتص الأشعة الفوق بنفسجية. والصورة المبينة في الشكل توضح كيف تبدو الشمس بالأشعة الفوق بنفسجية عند طول موجي 171 أنجستروم.
وضع العلماء مراصد حساسة للأشعة الفوق بنفسجية على الأقمار الاصطناعية لقياس هذه الأشعة المنبعثة من المجرات والنجوم في هذا الكون الفسيح.
تطبيقات الأشعة فوق البنفسجية:
الطب:
تستخدم الأشعة فوق البنفسجية الصادرة من مصابيح خاصة في تعقيم أدوات الجراحة حيث أن الأشعة فوق البنفسجية تقتل البكتيريا والفيروسات.
الصناعة:
تستخدم الأشعة الفوق بنفسجية في صناعة الدوائر الإلكترونية الرقيقة.
العلوم:
استخدم العلماء الأشعة فوق البنفسجية في دراسة مستويات الطاقة للذرات المختلفة. كما يمكن لعلماء الفلك من تحديد المسافات بين المجرات والنجوم من خلال رصد طيف الأشعة الفوق بنفسجية المنبعثة منها. كذلك يدرس العلماء من خلال مصابيح خاصة تأثير الأشعة فوق البنفسجية على المواد حتى نتأكد من صمودها تحت أشعة الشمس قبل استخدامها في الصناعات المختلفة.
خطورة الأشعة فوق البنفسجية والحماية منها:
التعرض للأشعة الشمس المباشرة التي تحتوي على الأشعة فوق البنفسجية يسبب ألام شديدة في العين أو حرق للجلد أو سرطان الجلد. كما أن هذه الأشعة تسبب دمار للنباتات التي تحافظ على طبقة الأوزون. وللوقاية يمكن استخدام النظارات الشمسية التي تمتص هذه الأشعة والابتعاد عن التعرض لأشعة الشمس المباشرة. وتجدر الإشارة أن شاشات التلفزيون تبعث أشعة فوق بنفسجية بالإضافة إلى الأشعة المرئية ولهذا يجب أن تكون شاشات التلفزيون بعيدة عنا بما فيه الكفاية لتقليل خطورة هذه الأشعة. والمسافة الصحيحة هي عشرة أضعاف قطر التلفزيون.
الأشعةُ السينية ( اشعة إكس)X-Rays
لقد تم اكتشاف الأشعة السينية بطريق الصدفةِ .. وكان ذلك عام 1895 أثناءَ قيامِ العالِم ِالألماني .. " ويلهلم رونتجن " ببعض تجاربهِ .. إذ وجد أن هناك نوعاً من الإشعاع يمكنه اختراقَ الأجسام .. وقام بالتقاط أولِ صورة "بالأشعة السينية" لِيَدِ زَوْجتهِ وفيها ظهرَ تركيبُ عظامِ اليد بوضوح .. * وأُطْلِقَ على هذه الأشعةِ اسمُ الأشعة "السينية" أي الأشعة المجهولة وما هي إلا موجاتٌ كهرومغنطيسية إشعاعية تماثل الضوءَ ولكن موجاتِها أقصرُ من موجات الضوءِ . * واصل العالِم الألماني " رونتجن " أبحاثَه وتبين له قدرةُ "أشعة إكس" علي اختراق أجسامٍ ذاتِ سُمْكٍ مختَلِفٍ . حسبَ قوةِ التيار الكهربائي المستخدَمِ ..
ولقد اسْتُخْدِمَتْ أشعة " إكس " في الأغراض الطبية عام 1896 لتصوير طلابِ الجسمِ لمعرفة حقيقةِ آلامِهِ .. مثل العظامِ المكسورةِ .. أو المفاصلِ المُلتهبةِ .. أو وجودِ أجسامٍ غريبة داخلَ الجسم مثل طلقات الرصاصِ .. أوغيرها .. كذلك ما يُوجد داخلَ المعدةِ أو الأمعاءِ أو داخلَ الرئّةِ .. وكشفِ محتوياتِها .. لاتخاذ الخطواتِ السليمةِ للعلاج . وتقومُ عظام الجسم بامتصاص الأشعةِ أكثرَ من اللحم .. وبذلك تظهر صورةُ العظام بيضاءَ .. ومناطقُ اللحمِ قاتمةً . كذلك تُستخدم "الأشعة السينية" في المجال الصناعي لفحص العيوبِ التي تُوجد في الأجزاء الداخلية للآلات .. والماكينات وتصويرِ صحة حركتِها بواسطة الأشعة . وتُستخدم "الأشعةُ السينية" في أحيان كثيرة لتدمير الخلايا السرطانيةِ .. ولكن يجب أن يتمَّ ذلك بعناية شديدة لأن أي جرعاتٍ زائدةٍ عن الحد تُتْلِفُ الأنسجةَ الحيةَ .. والإفراطُ في الجرعات يؤدي إلي الإصابة بسرطان الدَّمِ .. لذلك تُعتبر أشعةُ إكس أشعةً خطرة جدا لأنها تُدَمِّر الخلايا والجيناتِ الوراثيةَ في حالة التعُّرض لها لمدةٍ طويلة .. يمتلئُ الكون حولَنا بهذه الأشعة نتيجةَ التفاعلاتِ النووية العارمةِ في النجوم .. وهناك فَلَكٌ باسم هذه الأشعةِ . والكرة ُالأرضية محاطةٌ بغلاف يحمينا من مخاطر هذه الأشعةِ وقد أطْلَقَ العلماء أقمار اًصناعية فلكية للبحث عن هذه الأشعة .. مثل قمر "أنيشتاين " الذين أُطلق في نوفمبر عام 1978 .. ليقوم بامتصاص "الأشعة السينية " قبل وصولها إلي الأرض ..
تطبيقات اشعة اكس
الطب:
من خصائص اشعة اكس عند تسليطها على جسم الانسان لفترة زمنية متناهية في القصر يمكن تصور العظام حيث انها تنفذ من الجلد ولا تنفذ من العظم وبهذا تستخدم في تشخيص الكسور التي قد تصيب العظام. والشكل التوضيحي التالي يوضح كيف تظهر الصورة باشعة اكس حرك المربع فوق اليد....
الصناعة:
تستخدم اشعة اكس في الصناعة لفحص المواد المستخدمة في التصنيع والتأكد من جودتها، وكذلك في مراقبة الامتعة في المطارات.
العلوم:
تستخدم اشعة اكس في الابحاث العلمية لدراسة التركيب البلوري للمواد ولمعرفة المواد الداخلة في تركيب مادة مجهولة مثل كشف المواد المكونة للخليط الذي استخدمه الفراعنة في التحنيط.
خطورة اشعة اكس والحماية منها
بالرغم من الاستخدامات العديدة لاشعة اكس فإن التعرض لها اكثر من اللازم يؤدي إلى الاصابة بمرض السرضان أو حرق لخلايا الجلد أي أنها اشغعة خطيرة على الحلايا الحية، وللحماية منها حين استخدامها في أحد التطبيقات سابقة الذكر يستخدم جدار حاجز من الرصاص حيث أن الرصاص اكثر المواد امتصاصاً لهذه الاشعة.
كما ان الغلاف الجوي يحمي الكرة الارضية من هذه الاشعة المنبعثة من الشمس أو النجوم حيث يقوم بامتصاصها قبل وصولها إلى سطح الأرض وخطورة ثقب الأوزون تكمن من وجود ثغرة يمكن لهذه الاشعة النفاذ منها إلى سطح الأرض.
ماذا يمكن أن نرى بواسطة اشعة اكس؟
العديد من مكونات الكون مثل الشمس والنجوم والمجرات والثقوب السوداء والنجوم الوامضة تصدر اشعة اكس. ولهذا تم ارسال اقمار اصطناعية بها مراصد حساسة لاشعة اكس وتلتقط صور مبنية علي اسعة اكس المنبعثة من تلك الأجسام، وفي الجدول التالي بعض لهذه الصور.
التقطت هذه الصورة في مارس 1996 للكرة الأرضية بواسطة قمر صناعي تابع لوكالة الفضاء NASA، وتوضح الصورة في المنطقة الحمراء اشعة اكس تكونت من اصطدام جسيمات مشحونة بالطبقات العليا للغلاف الجوي وهي غير خطيرة لأها لاتنفذ إلى سطح الأرض.
الشمس ايضاً تطلق اشعة اكس والصورة المقابلة اخذت للشمس في 27 ابريل 2000 بواسطة قمر صناعي Yokoh
صورة توضح ثقب اسود تصل درجة حرارته إلى مليون درجة مئوية يبعث اشعة اكس.
صورة باشعة اكس لبقايا مجرة تعرضت إلى انفجار عظيم توضح المناطق الزرقاء مكان تركيز اشعة اكس بينما المناطق الخضراء هي اشعة مرئية والمناطق الحمراء لاشعة الراديو المنبعثة، وهذا يعتمد على توزيع درجة الحرارة للمجرة.
صورة اخرى لبقايا مجرة تعرضت إلى انفجار هائل.
اشعة جاماgama rays
تُعتَبرُ أشعةُ « جاما » أقوي الأشعةِ وأخطرُها .. كما يأتى منها الخيرُ كذلك يأتي الشرُّ .. المهمُّ كيف نستخدمُها لصالحنا .. تَنْتُجُ أشعةُ « جاما » من التفاعلات النوويةِ القويةِ .. من قلب الذراتِ التي تدخل في هذه التفاعلاتِ .. وهذا ما يحدثُ بالفعل داخلَ قلبِ النجومِ .. لذلك فإن الكونَ يمُوجُ بهذه الإشعاعاتِ .. ولكن اللهَ عز وجل يحمينا من أضرارها بوجودِ طبقةِ « الأوزون » التي تحجُبُ عنا هذه الإشعاعاتِ .. وأشياءَ أخري لانراها يزال العلماءُ يبحثون عنها.. وتنتجُ كذلك « أشعة جاما » من التفاعلات النووية .. أو الانفجارات النووية التي تحدث ُعلي الأرض نتيجةَ التجاربِ والاختراعات ، وهذه الأشعة خطرٌ جدا علي البيئة لان الرياحَ تحملُها بسرعة من مكان إلى مكان .. وتنزلُ مع ماء المطرِ لتُتْلِفَ الزرعَ .. والتربةَ .. وتهْلِكَ الكائناتِ الحيةَ
ولم تُعْرَفْ أشعةُ « جاما » إلا عامَ 1900 عندما اكتشف العالِمُ الفرنسىُّ « بول أولرش فيلارد » أن هناك أشعةً تحمل شحنة كهربائيةً يمكنها اختراقَ كتلةٍ من الحديد سُمكُها قدمٌ واحدٌ .. وتتكونُ هذه الاشعةُ من الفوتونات الضوئيةِ التي تُعْرفُ « بالكم الإشعاعى » وهي عبارةٌ عن جسيمات متناهيةِ الصِّغَرِ ليست لها كتلةٌ أو شحنة ..وتحمل طاقةً عاليةً جدا .. تندفعُ بسرعةِ الضوءِ أى 300 ألف كيلو متر في الثانية .. ولها قدرةٌ عالية جدا علي اختراق أيِّ جسمٍ يعترض طريـقهَا .. لا يَحجِزُها إلا لوحٌ سميكٌ من الرصاص يترواحُ سمكةٌ ما بين 4 :20سم كم تبعا لِكَمِّ الطاقة التي تحملها الأشعةُ ..
تعتبر أشعةُ « جاما » خطراً لأنها تخترق الجسمَ بسهولة لتصلَ إلي الطلاب الحيويةِ الداخلية فتُؤْذيها .. لذلك يجبُ أن نكون علي حَذَر ٍولا نُعرِّضَ أنفسَنا للأضرار فلا نقفُ كثيراً تحت أشعةِ الشمسِ حتي لا نعرضَ أجسامَنا للحروق والأضرار ..
والعمالُ الذين يُحْتَمَلُ تعرضُهم لأشعة « جاما » يحملون علامةً مميزهً من أفلام تتكون من طبقة فوتوغرافية حساسةٍ لتوضحَ كميةَ الإشعاعات التي يتعرضون لها .. لتتوفرَ لهم الحمايةُ اللازمةُ
توجد الآن خمسةُ أقمارٍ صناعية طراز « Vela » الأمريكية علي ارتفاع 100 ألف كيلو متر لاكتشاف «أشعةِ جاما » - الناتجةِ عن الانفجارات النووية - علي الأرض .. لتحقيق التحصينات اللازمةِ للحماية من أخطارها ..
أشعة « جاما » هامةٌ جدا لعلماءِ الفلك لدراسة التفاعلات الكونية .. وهناك فلكٌ خاص باسم « أشعة جاما »
في ابريل سنة 1991 أُطْلِقَ القمرُ الفلكى الأمريكىُّ جرو GRO .. الذي يعمل بأشعة "جاما " علي ارتفاع 45 كيلو مترا .. ويزن 15.9 طن لاختراق الأجسام وتصويرها .. لمعرفة حقيقتِها .. وأسرارِها .. تُوجَدُ استعمالاتٌ كثيرة .. ومتعددة .. ومفيدة لأشعة " جاما " فهي تُستخدَمُ في مجال الطبِّ .. لدراسة أمراضِ المخ .. والكبد .. والكُلَي .. والبنكرياس .. والغُدد الدرقيةِ .. وغير ذلك ..
تتعرض هذه الطلاب ُلجرعة بسيطة جدا بدرجة مدروسةٍ لتخترقَ الطلابَ بآلة تصويرٍ تعمل بأشعة " جاما " تُوضَعُ خارجَ الجسم .. كذلك يُستعملُ إشعاع" جاما " بصورة دقيقة فى مجال الطب لتدمير الخلايا السرطانيةِ الموجودةِ بالجسم . 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 .
تطبيقات اشعة جاما
الطب:
تستخدم اشعة جاما في الطب لقتل الخلايا المتسرطنة ومنعها من النمو. حيث تنفذ اشعة جاما في الجلد وتعمل على تأيين الخلايا وهذا يسبب قتل تلك الخلايا.
الصناعة:
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.
العلوم:
تستخدم اشعة جاما في تطوير المفاعلات والقنابل النووية والتجارب العلمية لكشف اسرار النواة.
خطورة اشعة 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.
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.
تبين الصورة التالية جزء من الكون الفسيح وتوضح النشاط الأشعاعي لأجرام السماوية.
مقدمة
يوجد ما يقرب من( 0,01%) من طاقة الكون الكلية على شكل أشعه كهرومغناطيسية . فالحياة البشرية كلها مغمورة بتلك الأشكال من الأشعة وكذلك فان تكنولوجيا وسائل الاتصالات الحديثة والخدمات الطبية تعتمد بشكل كبير وواضح على صور عده لهذه الموجات . وفى الواقع فان كل الكائنات الحية التى تعيش على وجه الأرض تعتمد على الأشعة الكهرومغناطيسة المستمدة من الشمس . فان أعيننا يمكنها أن ترى بعضا من الأشعة.
الكهرومغناطيسسيه المنبعثة من الشمس في صورة ضوء مرئي .وكذلك فالحياة اليومية مليئة بأشعة كهرومغناطيسيه من صنع الإنسان ومنها ما يلى .. الطعام الذى يطهى فى أفران تعمل بالميكروويف والطائرات توجه بواسطة موجات رادارية وأيضا البث والاستقبال الإذاعي والتلفزيوني الذى يستقبل الموجات الكهرومغناطيسية . فالذى يقوم بعملية النقل هذه (نقل الصوت والصورة ) هى موجات كهرومغناطيسيه.
الأشعة الكهرومغناطيسية
سبب تكون الأشعة الكهرومغناطيسية حيث أن تذبذب الشحنات المكونة للذرة يؤدي إلى انبعاث الطيف الكهرومغناطيسي والذي يقوم بدور الزنبرك هو درجة الحرارة التي تمد الشحنات بالطاقة أو أي نوع من أنواع الإثارة Excitation مثل التصادمات وغيره. ويعتمد الطول الموجي للأشعة الكهرومغناطيسية على درجة إثارة الشحنة ومن هنا نجد أن الطيف الكهرومغناطيسي له مدى واسع وللتميز بين الأطوال الموجية أعطيت أسماء مختلفة مثل أعة المايكروويف والأشعة المرئية وأشعة اكس وأشعة جاما وهكذا كما نلاحظ في الشكل المقابل.
خصائص الأشعة الكهرومغناطيسية:
الأشعة الكهرومغناطيسية تنتشر في الفراغ بسرعة ثابتة هي سرعة الضوء وقيمتها 3x108m/s2. تنتقل هذه الأشعة في الفراغ وتنقل الطاقة من المصدر source إلى المستقبل receiver. تم اكتشاف هذه الأشعة على مراحل حيث كان العالم هيرتز Hertz 1887 أول من عمل في هذا المجال وكان في ذلك الوقت فقط أشعة الراديو والأشعة المرئية ومن ثم تم اكتشاف باقي الطيف الكهرومغناطيسي من خلال الملاحظات والظواهر الفيزيائية.
الأشعة الكهرومغناطيسية لها طول موجي l وتردد n يحدد خصائصها وترتبط سرعة الأشعة الكهرومغناطيسية مع التردد والطول الموجي من خلال المعادلة
c = n l
كما هو واضح في الشكل المقابل مخططاً لكامل الطيف الكهرومغناطيسي حيث يبدأ من أمواج الراديو ذات الطول الموجي الطويل والتردد المنخفض ثم منطقة أشعة المايكروويف ومنطقة الأشعة تحت الحمراء ثم منطقة الأشعة المرئية ثم منطقة الأشعة فوق البنفسجية ثم منطقة أشعة اكس ثم منطقة أشعة جاما. وهذا التسلسل هو تبعاً لزيادة تردد هذه الموجات. ولكل منطقة من مناطق الطيف الكهرومغناطيسي خصائص تميزها عن بعضها البعض وبناء عليه نتجت تطبيقات مختلفة لهذه الأشعة وللعلم فإن منطقة الطيف المرئي هي التي منحنا الله سبحانه وتعالى القدرة على رؤيتها وهي المنطقة التي تستجيب لها شبكية العين لتتمكن من رؤية الأشياء من حولنا.
الطيف الكهرومغناطيسي
RegionWavelength
(Angstroms) Wavelength
(centimeters) Frequency
(Hz) Energy
(eV)
Radio > 109 > 10 < 3 x 109 < 10-5
Microwave 109 - 106 10 - 0.01 3 x 109 - 3 x 1012 10-5 - 0.01
Infrared 106 - 7000 0.01 - 7 x 10-5 3 x 1012 - 4.3 x 1014 0.01 - 2
Visible 7000 - 4000 7 x 10-5 - 4 x 10-5 4.3 x 1014 - 7.5 x 1014 2 - 3
Ultraviolet 4000 - 10 4 x 10-5 - 10-7 7.5 x 1014 - 3 x 1017 3 - 103
X-Rays 10 - 0.1 10-7 - 10-9 3 x 1017 - 3 x 1019 103 - 105
Gamma Rays < 0.1 < 10-9 > 3 x 1019 > 105
تجدر الإشارة إلى أن الأشعة الكهرومغناطيسية لها طاقة تعطى بالمعادلة E = h n
حيث أن الثابت h هو ثابت بلانك
h = 6.6x10-34 J.s
وتستخدم وحدة الإلكترون فولت للتعبير عن طاقة الأشعة الكهرومغناطيسية
1 e.v. = 1.6 x 10-19 J
نستنتج من ذلك أنه كلما زاد التردد ازدادت الطاقة وعليه فإن طاقة أشعة جاما اكبر ما يمكن في الطيف الكهرومغناطيسي وكما نعلم أن جسم الإنسان يتحمل طاقة أقصاها طاقة الطيف المرئي وتعتبر طاقة الطيف فوق الأزرق ضارة وتسبب حرق لخلايا الجسم وكذلك طاقة أشعة اكس تستطيع اختراق جلد البشري والتعرض لها يسبب خطورة كبيرة. سنقوم بدراسة كل منطقة من مناطق الطيف الكهرومغناطيسي على حدى لتوضيح المزيد من المعلومات عن تولدها واستخداماتها
الأطياف
أشعة الراديوradio waves
كان لتجارب العلماء مثل هيرتز Hertz وماكسويل Maxwell وفرادي Faraday واختراع التلجراف بواسطة العالم ماركوني Marconi الفضل في اكتشاف أمواج الراديو (أشعة الراديو) وفهمها واستخدامها في العديد من التطبيقات. امواج الراديو هي التي لها اكبر طول موجي في الطيف الكهرومغناطيسي وتستخدم في نقل الاصوات واشارة التلفزيون والتلفون....
تطبيقات امواج الراديو:
الطب:
تستخدم امواج الراديو لنقل معلومات عن دقات القلب المريض من بيته إلى المستشفى. وكذلك من سيارة الاسعاف إلى المستشفى التي سينتقل إليها المريض. فيمكن الطبيب من اعطاء تعليماته لممرضين لتقديم الاسعافات الاولية واسعافه.
الصناعة:
تستخدم امواج الراديو في المجالات الصناعية في الاتصال بين المؤسسة وموظفيها وتمكنهم من تبادل المعلومات من مواقع عملهم. كذلك تستخدم في اجهزة الرموت كونترول للتحكم في الاجهزة عن بعد.
العلوم:
يقوم العلماء الفلك باستدام تلسكوبات خاصة لالتقاط امواج الراديو من الفضاء الخارجي. حيث ان امواج الراديو يمكن التقاطها بواسطة اريال antenna المثبتة علىالتلسكوب.
أشعةُ الميكروويفMicrowaves Microwaves
اكْتشِفَتْ « أشعةُ الميكروويف » فى العشرينات من خلال الكثيرِ من الأبحاث
تندفعُ « أشعة الميكروويف » فى خطوط مستقيمةٍ بعيدا عن سطح الأرضِ أو في الغلاف الجوى .. وقد تَضْعُفُ بالضغط أو بالرطوبة .. أو بالحرارة أو عند اقترابِها من سطح الأرضِ
« أشعة الميكروويف » لها قدرةٌ كبيرةٌ على اختراق الأشياءِ .. لذلك تُستخدم فى طهى المأكولات فى أفران خاصة فى دقائقَ قليلةٍ . تُستخدمُ هذه « الأشعةُ » فى الأغراض العلمية .. والصناعية .. والعسكرية .. وخاصةً فى الرادار تُستخدمُ « أشعة الميكروويف » بَديلاً عن المبيدات الكيميائية لقتل الحشراتِ .. والميكروبات .. والفطريات التى تَضُرُّ بالزرع والتربة .. ويكفى لذلك مُوَلِّدٌ كهربائى مُتنقلٌ مع أنبوبتى « كليسترون » لقتل الحشراتِ حتى عمقِ مترين فى باطن التربةِ تُستخدمُ « أشعة الميكروويف » للاتصالِ بالأقمار الصناعية والاتصالاتِ الهاتفية بين أبراجِ المَدَى المنظور فقط .. أو بين نقطتين مرئيتين « أشعة الميكروويف » إشعاعاتٌ كهرومغناطيسية ذاتُ موجاتٍ قصيرة نِسْبِياًّ أى تبدأ من موجة طولها 1 سم بذبذبة 30 جيجا هيرتز ، و «الجيجا » يساوى ألفَ مليون ذبذبةٍ .. و« الهيرتز » معناها ذَبْذَبَة.
أشعة الليزر
كلمة « ليزر » هى مختصرٌ لعبارة « تفخيمِ الضَّوءِ بإثارة الإشعاعِ المنبَعِثِ » معربة للحروف الأولى باللغة الإنجليزية . « أشعة الليزر » على عكس طبيعة الضوء .. فهو مُشَتَّتٌ .. ولكن هذه الأشعةَ متماسِكَةٌ .. ومترابِطةٌ فى اتجاه واحد بلا تَشَتُّتٍ فى موجات منتظمة مركزة .. تحمل الطاقة فى خط سير محدود اكتشف « أشعة الليزر » العالمان « تشارلز تاونس » .. و « أرثر شولو» عام 1958 واستطاع العالِم « مايمان » عام 1960 صنعَ أولِ جهاز لهذه الأشعة تُستخدم « أشعة الليزر » على نطاق واسع فى الطب لإجراء العمليات الجراحية الدقيقة بدون استخدامِ مِشْرَطِ الجَرَّاحِ .. وتستخدم بكثرة فى العمليات الدقيقة جدا مثل تثبيت شبكيَّةِ العينِ كما تُستخدم « الأشعة » فى قَطْعِ المعادن .. والماس .. وثَقْبِ ثقوبٍ دقيقةٍ للاستخدامات الفنية وتسـتخدم كذلك فى الأغراض العسكرية كـتوجيهِ الصواريخِ . أو القنابلِ إلى هدف مُعَين عن بعد .. بتسليط « شعاع الليزر » .
أصبحت « أشعة الليزر » بديلا عن إبرة اسطوانات الموسيقى فى التشغيل تستخدم « أشعة الليزر » لقياس المسافة بين القمر والأرض .. عند إرسال الشعاع من الأرض إلى القمر يرتَدُّ خلالَ ثانية .. وسبب الارتداد هى مرآةٌ صغيرةٌ وضَعَها رواد الفضاء على سطح القمر .. فى يوليو عام 1969 هذه المرآة تجعل الشعاعَ يرتد ثانيا إلى الأرض . و « أشعة الليزر » يطلَقُ عليها « الضوءُ الخارق » لأنها تَخْرِقُ الجزءَ الذى تسقط عليه مباشرة بثقب لا يزيد على فعل سِنِّ الدُّبوس .. كما أنها تسيرُ لمسافات تصلُ إلى مئات الكيلو مترات دون ان تتفرقَ لذلك يقولون عنها « أشعة الدِّقةِ البالغة .. والشدة العالية » . تستخدم « أشعة الليزر » الآن فى تشغيل لُعَبِ الأطفال وخاصةً المسدساتُ والألعابُ الناريةُ المُبْهِجَةُ.
الأشعة تحت الحمراء Infrared Waves
Wavelength: 7.5 x 10-7 meters to 1 x 10-4meters.
تعني كلمة Infra تحت وهذا يعني أننا في منطقة الأشعة تحت الحمراء والتي ترددها اقل من تردد الأشعة الحمراء في الطيف الكهرومغناطيسي المرئي. الأجهزة التي تستخدم الأشعة تحت الحمراء يمكنها الرؤية في الظلام الدامس لأنها تعتمد على الإشعاع الحراري المنطلق من الأجسام (انظر أيضاً أجهزة الرؤية الليلية). ويسم الجهاز المستخدم للرؤية الليلية بالبالوميتر Balometers.
يقع طيف الأشعة تحت الحمراء بين الطيف المرئي وطيف أشعة المايكروويف. تغطي الأشعة تحت الحمراء منطقة واسعة من الطيف الكهرومغناطيسي ككل وتكلية إلى ثلاثة مناطق وهي على النحو التالي:
الأشعة تحت الحمراء القريبة Near infrared وهي الأقرب إلى الأشعة المرئية وبالتحديد اللون الأحمر.
الأشعة تحت الحمراء البعيدة Far infrared وهي التي تكون الأقرب إلى أشعة المايكروويف.
الأشعة تحت الحمراء الوسطى Med infrared وهي التي تقع بين المنطقتين السابقتين.
الأشعة تحت الحمراء هي أشعة حرارية وتنبعث من كافة الأشياء من حولنا مثل الفرن أو المصباح الحراري أو من الاحتكاك أو من تسخين أي جسم وتنبعث كذلك من أجسامنا وهي الأشعة التي تصلنا من الشمس ويشعر الجلد بالدفء عند التعرض إلى أشعة الشمس.
ولهذا تستخدم الأشعة تحت الحمراء في بعض الأحيان لتسخين الطعام أو الإبقاء عليه ساخناً.
يجب التأكيد على نقطة هامة وهي أن الأشعة تحت الحمراء القريبة لا تعد ساخنة ولا يمكن الشعور بها وهي التي تستخدم في أجهزة الرموت كنترول للتحكم بالأجهزة عن بعد. العديد من الأشياء تصدر أشعة تحت الحمراء مثل جسم الإنسان والحيوان والنباتات وكذلك الكرة الأرضية والشمس والأجرام السماوية، هذه الأشعة ليمكن رؤيتها بالعين المجردة وباستخدام أجهزة خاصة تمكن الإنسان من الرؤية في الظلام الدامس باستخدام هذه الأشعة.
تطبيقات الأشعة تحت الحمراء:
الطب:
يستخدم الأطباء الأشعة تحت الحمراء لمعالجة الأمراض الجلدية ولتخفيف الألم التي قد تصيب العضلات. يتم في هذه المعالجة تسليط الأشعة تحت الحمراء على جسم المريض حيث تخترق الجلد وتعمل على تدفأة الجلد بدرجة معينة لتنشيط الدورة الدموية.
الصناعة:
استخدمت الأشعة تحت الحمراء في بعض الأفران الخاصة للطلاء الجاف للأسطح مثل الجلد والمعادن والأوراق والأقمشة. كذلك طور العلماء بعض النوافذ الخاصة المستخدمة في المكاتب والمنازل بحيث تعكس الأشعة تحت الحمراء وبهذا يمكن الحفاظ على درجة حرارة ثابتة للمكاتب. كما يستخدم بعض المصورين أفلام حساسة للأشعة تحت الحمراء للتصوير في الظروف التي ينعدم فيها توفر الأشعة المرئية أي التصوير في الظلام باستخدام طيف الأشعة تحت الحمراء.
الأشعة المرئية visiblelight
وهو الجزء من الطيف الكهرومغناطيسي الذي نراه ونرى بواسطته، نرى هذا الطيف على شكل ألوان كالتي تظهر بعد في السماء سقوط المطر وتعرف بقوس قزح، لكل لون من هذه الألوا طول موجي خاص يكون فيها اللون الأحمر اطول طول موجي في الطيف المرئي بينما يكون اللون الأزرق أقصر الأطوال الموجية. اجتماع هذه الألوان مع بعضها البعض يعطي اللون الأبيض. ولتحليل الضوء الأبيض إلى ألوان الطيف نستخدم منشور كما في الشكل حيث ينحرف (ينكسر) كل لون بزاوية خاصة حسب طوله الموجي.
الطيف الكهرومغناطيسي المرئي
الشمس مصدر اساسي للاشعة المرئية وبدونها لما تمكنا من رؤية الأشياء من حولنا حيث أن عملية الابصار تعتمد على انعكاس هذا الطيف الكهرومغناطيسي من الاجساء وسقوطها على العين فاللون الاحمر يعكس اللون الاحمر ويمتص باقي الألوان ولذالك نراه احمر وهكذا بالنسبة لبقية الألوان وتتكون الصورة المرئية بتجميع هذه الانعكاسات على شبكية العين. كذلك تعمل كاميرا التصوير الفوتوغرافية أو الفيديو بنفس الآلية. ولكن يجب التنويه هنا إلى ان العين غير مبصرة لبقية الطيف الكهرومغناطيسي لحكمة يعلمها سبحانه وتعالى وقد طور الإنسان كاميرات تستطيع استخدام نطاقات أخرى من الطيف الكهرومغناطيسي الغير مرئي.
الأشعة فوق البنفسجية Ultraviolet Waves
Wavelength - 1 x 10 -8 to 5 x 10 -8 m
الأشعة فوق البنفسجية لها طول موجي أقصر من الطول الموجي للضوء الأزرق. الأشعة فوق البنفسجية غير مرئية بالنسبة للإنسان ولن بعض الحشرات والطيور يمكن أن ترى بواسطتها. كما أن هذه الأشعة تساعد على تنشيط التفاعلات الكيميائية في النباتات ولكن التعرض لها أكثر من اللازم يقتل الخلايا النباتية. اكتشفت الأشعة فوق البنفسجية في العام 1801 من قبل العالم Johann W. Ritter بواسطة تجربة عملية قام فيها باستخدام منشور لتحليل ضوء الشمس إلى ألوانه الأساسية وتعريض كل لون على عينة من الكلوريد ولاحظ أن الضوء الأحمر يحدث تأثير طفيف للكلوريد ولكن الضوء ذو اللون البنفسجي سبب في اسمرار لون الكلوريد. وبمجرد تعريض الكلوريد إلى المنطقة بعد اللون البنفسجي احترقت عينة الكلوريد تماماً، وهذا إثبات على وجود طيف كهرومغناطيسي غير مرئي بعد اللون البنفسجي أطلق عليه بالأشعة فوق البنفسجية ultraviolet أو UVlight.
كلية العلماء منطقة طيف الأشعة فزق البنفسجية إلى ثلاثة مناطق ترجع إلى طاقة الأشعة وهذه المناطق تعرف بـ:
الأشعة فوق البنفسجية القريبة nearultraviolet وهي القريبة من الطيف المرئي.
الأشعة فوق البنفسجية المتوسطة farultraviolet وهي التي تقع بين المنطقة القريبة والمنطقة البعيدة.
الأشعة فوق البنفسجية البعيدة extreme ultraviolet وهي الأقرب إلى أشعة اكس والتي لها اكبر طاقة.
تشع شمسنا كافة الأطياف الكهرومغناطيسية ولكن الإشعاع الذي يسبب اسمرار الجلد عند التعرض لأشعة الشمس هو الأشعة فوق البنفسجية حيث أن جزء غير بسيط من هذه الأشعة تستطيع اختراق الغلاف الجوي، ولا شك في أننا قد لاحظنا لسعة أشعة الشمس على الجلد عند تعرضنا مباشرة لها، هذه اللسعة لا نشعر بها في حالة سقوط أشعة الشمس من خلال نافذة من الزجاج لأن الزجاج يمتص الأشعة الفوق بنفسجية. والصورة المبينة في الشكل توضح كيف تبدو الشمس بالأشعة الفوق بنفسجية عند طول موجي 171 أنجستروم.
وضع العلماء مراصد حساسة للأشعة الفوق بنفسجية على الأقمار الاصطناعية لقياس هذه الأشعة المنبعثة من المجرات والنجوم في هذا الكون الفسيح.
تطبيقات الأشعة فوق البنفسجية:
الطب:
تستخدم الأشعة فوق البنفسجية الصادرة من مصابيح خاصة في تعقيم أدوات الجراحة حيث أن الأشعة فوق البنفسجية تقتل البكتيريا والفيروسات.
الصناعة:
تستخدم الأشعة الفوق بنفسجية في صناعة الدوائر الإلكترونية الرقيقة.
العلوم:
استخدم العلماء الأشعة فوق البنفسجية في دراسة مستويات الطاقة للذرات المختلفة. كما يمكن لعلماء الفلك من تحديد المسافات بين المجرات والنجوم من خلال رصد طيف الأشعة الفوق بنفسجية المنبعثة منها. كذلك يدرس العلماء من خلال مصابيح خاصة تأثير الأشعة فوق البنفسجية على المواد حتى نتأكد من صمودها تحت أشعة الشمس قبل استخدامها في الصناعات المختلفة.
خطورة الأشعة فوق البنفسجية والحماية منها:
التعرض للأشعة الشمس المباشرة التي تحتوي على الأشعة فوق البنفسجية يسبب ألام شديدة في العين أو حرق للجلد أو سرطان الجلد. كما أن هذه الأشعة تسبب دمار للنباتات التي تحافظ على طبقة الأوزون. وللوقاية يمكن استخدام النظارات الشمسية التي تمتص هذه الأشعة والابتعاد عن التعرض لأشعة الشمس المباشرة. وتجدر الإشارة أن شاشات التلفزيون تبعث أشعة فوق بنفسجية بالإضافة إلى الأشعة المرئية ولهذا يجب أن تكون شاشات التلفزيون بعيدة عنا بما فيه الكفاية لتقليل خطورة هذه الأشعة. والمسافة الصحيحة هي عشرة أضعاف قطر التلفزيون.
الأشعةُ السينية ( اشعة إكس)X-Rays
لقد تم اكتشاف الأشعة السينية بطريق الصدفةِ .. وكان ذلك عام 1895 أثناءَ قيامِ العالِم ِالألماني .. " ويلهلم رونتجن " ببعض تجاربهِ .. إذ وجد أن هناك نوعاً من الإشعاع يمكنه اختراقَ الأجسام .. وقام بالتقاط أولِ صورة "بالأشعة السينية" لِيَدِ زَوْجتهِ وفيها ظهرَ تركيبُ عظامِ اليد بوضوح .. * وأُطْلِقَ على هذه الأشعةِ اسمُ الأشعة "السينية" أي الأشعة المجهولة وما هي إلا موجاتٌ كهرومغنطيسية إشعاعية تماثل الضوءَ ولكن موجاتِها أقصرُ من موجات الضوءِ . * واصل العالِم الألماني " رونتجن " أبحاثَه وتبين له قدرةُ "أشعة إكس" علي اختراق أجسامٍ ذاتِ سُمْكٍ مختَلِفٍ . حسبَ قوةِ التيار الكهربائي المستخدَمِ ..
ولقد اسْتُخْدِمَتْ أشعة " إكس " في الأغراض الطبية عام 1896 لتصوير طلابِ الجسمِ لمعرفة حقيقةِ آلامِهِ .. مثل العظامِ المكسورةِ .. أو المفاصلِ المُلتهبةِ .. أو وجودِ أجسامٍ غريبة داخلَ الجسم مثل طلقات الرصاصِ .. أوغيرها .. كذلك ما يُوجد داخلَ المعدةِ أو الأمعاءِ أو داخلَ الرئّةِ .. وكشفِ محتوياتِها .. لاتخاذ الخطواتِ السليمةِ للعلاج . وتقومُ عظام الجسم بامتصاص الأشعةِ أكثرَ من اللحم .. وبذلك تظهر صورةُ العظام بيضاءَ .. ومناطقُ اللحمِ قاتمةً . كذلك تُستخدم "الأشعة السينية" في المجال الصناعي لفحص العيوبِ التي تُوجد في الأجزاء الداخلية للآلات .. والماكينات وتصويرِ صحة حركتِها بواسطة الأشعة . وتُستخدم "الأشعةُ السينية" في أحيان كثيرة لتدمير الخلايا السرطانيةِ .. ولكن يجب أن يتمَّ ذلك بعناية شديدة لأن أي جرعاتٍ زائدةٍ عن الحد تُتْلِفُ الأنسجةَ الحيةَ .. والإفراطُ في الجرعات يؤدي إلي الإصابة بسرطان الدَّمِ .. لذلك تُعتبر أشعةُ إكس أشعةً خطرة جدا لأنها تُدَمِّر الخلايا والجيناتِ الوراثيةَ في حالة التعُّرض لها لمدةٍ طويلة .. يمتلئُ الكون حولَنا بهذه الأشعة نتيجةَ التفاعلاتِ النووية العارمةِ في النجوم .. وهناك فَلَكٌ باسم هذه الأشعةِ . والكرة ُالأرضية محاطةٌ بغلاف يحمينا من مخاطر هذه الأشعةِ وقد أطْلَقَ العلماء أقمار اًصناعية فلكية للبحث عن هذه الأشعة .. مثل قمر "أنيشتاين " الذين أُطلق في نوفمبر عام 1978 .. ليقوم بامتصاص "الأشعة السينية " قبل وصولها إلي الأرض ..
تطبيقات اشعة اكس
الطب:
من خصائص اشعة اكس عند تسليطها على جسم الانسان لفترة زمنية متناهية في القصر يمكن تصور العظام حيث انها تنفذ من الجلد ولا تنفذ من العظم وبهذا تستخدم في تشخيص الكسور التي قد تصيب العظام. والشكل التوضيحي التالي يوضح كيف تظهر الصورة باشعة اكس حرك المربع فوق اليد....
الصناعة:
تستخدم اشعة اكس في الصناعة لفحص المواد المستخدمة في التصنيع والتأكد من جودتها، وكذلك في مراقبة الامتعة في المطارات.
العلوم:
تستخدم اشعة اكس في الابحاث العلمية لدراسة التركيب البلوري للمواد ولمعرفة المواد الداخلة في تركيب مادة مجهولة مثل كشف المواد المكونة للخليط الذي استخدمه الفراعنة في التحنيط.
خطورة اشعة اكس والحماية منها
بالرغم من الاستخدامات العديدة لاشعة اكس فإن التعرض لها اكثر من اللازم يؤدي إلى الاصابة بمرض السرضان أو حرق لخلايا الجلد أي أنها اشغعة خطيرة على الحلايا الحية، وللحماية منها حين استخدامها في أحد التطبيقات سابقة الذكر يستخدم جدار حاجز من الرصاص حيث أن الرصاص اكثر المواد امتصاصاً لهذه الاشعة.
كما ان الغلاف الجوي يحمي الكرة الارضية من هذه الاشعة المنبعثة من الشمس أو النجوم حيث يقوم بامتصاصها قبل وصولها إلى سطح الأرض وخطورة ثقب الأوزون تكمن من وجود ثغرة يمكن لهذه الاشعة النفاذ منها إلى سطح الأرض.
ماذا يمكن أن نرى بواسطة اشعة اكس؟
العديد من مكونات الكون مثل الشمس والنجوم والمجرات والثقوب السوداء والنجوم الوامضة تصدر اشعة اكس. ولهذا تم ارسال اقمار اصطناعية بها مراصد حساسة لاشعة اكس وتلتقط صور مبنية علي اسعة اكس المنبعثة من تلك الأجسام، وفي الجدول التالي بعض لهذه الصور.
التقطت هذه الصورة في مارس 1996 للكرة الأرضية بواسطة قمر صناعي تابع لوكالة الفضاء NASA، وتوضح الصورة في المنطقة الحمراء اشعة اكس تكونت من اصطدام جسيمات مشحونة بالطبقات العليا للغلاف الجوي وهي غير خطيرة لأها لاتنفذ إلى سطح الأرض.
الشمس ايضاً تطلق اشعة اكس والصورة المقابلة اخذت للشمس في 27 ابريل 2000 بواسطة قمر صناعي Yokoh
صورة توضح ثقب اسود تصل درجة حرارته إلى مليون درجة مئوية يبعث اشعة اكس.
صورة باشعة اكس لبقايا مجرة تعرضت إلى انفجار عظيم توضح المناطق الزرقاء مكان تركيز اشعة اكس بينما المناطق الخضراء هي اشعة مرئية والمناطق الحمراء لاشعة الراديو المنبعثة، وهذا يعتمد على توزيع درجة الحرارة للمجرة.
صورة اخرى لبقايا مجرة تعرضت إلى انفجار هائل.
اشعة جاماgama rays
تُعتَبرُ أشعةُ « جاما » أقوي الأشعةِ وأخطرُها .. كما يأتى منها الخيرُ كذلك يأتي الشرُّ .. المهمُّ كيف نستخدمُها لصالحنا .. تَنْتُجُ أشعةُ « جاما » من التفاعلات النوويةِ القويةِ .. من قلب الذراتِ التي تدخل في هذه التفاعلاتِ .. وهذا ما يحدثُ بالفعل داخلَ قلبِ النجومِ .. لذلك فإن الكونَ يمُوجُ بهذه الإشعاعاتِ .. ولكن اللهَ عز وجل يحمينا من أضرارها بوجودِ طبقةِ « الأوزون » التي تحجُبُ عنا هذه الإشعاعاتِ .. وأشياءَ أخري لانراها يزال العلماءُ يبحثون عنها.. وتنتجُ كذلك « أشعة جاما » من التفاعلات النووية .. أو الانفجارات النووية التي تحدث ُعلي الأرض نتيجةَ التجاربِ والاختراعات ، وهذه الأشعة خطرٌ جدا علي البيئة لان الرياحَ تحملُها بسرعة من مكان إلى مكان .. وتنزلُ مع ماء المطرِ لتُتْلِفَ الزرعَ .. والتربةَ .. وتهْلِكَ الكائناتِ الحيةَ
ولم تُعْرَفْ أشعةُ « جاما » إلا عامَ 1900 عندما اكتشف العالِمُ الفرنسىُّ « بول أولرش فيلارد » أن هناك أشعةً تحمل شحنة كهربائيةً يمكنها اختراقَ كتلةٍ من الحديد سُمكُها قدمٌ واحدٌ .. وتتكونُ هذه الاشعةُ من الفوتونات الضوئيةِ التي تُعْرفُ « بالكم الإشعاعى » وهي عبارةٌ عن جسيمات متناهيةِ الصِّغَرِ ليست لها كتلةٌ أو شحنة ..وتحمل طاقةً عاليةً جدا .. تندفعُ بسرعةِ الضوءِ أى 300 ألف كيلو متر في الثانية .. ولها قدرةٌ عالية جدا علي اختراق أيِّ جسمٍ يعترض طريـقهَا .. لا يَحجِزُها إلا لوحٌ سميكٌ من الرصاص يترواحُ سمكةٌ ما بين 4 :20سم كم تبعا لِكَمِّ الطاقة التي تحملها الأشعةُ ..
تعتبر أشعةُ « جاما » خطراً لأنها تخترق الجسمَ بسهولة لتصلَ إلي الطلاب الحيويةِ الداخلية فتُؤْذيها .. لذلك يجبُ أن نكون علي حَذَر ٍولا نُعرِّضَ أنفسَنا للأضرار فلا نقفُ كثيراً تحت أشعةِ الشمسِ حتي لا نعرضَ أجسامَنا للحروق والأضرار ..
والعمالُ الذين يُحْتَمَلُ تعرضُهم لأشعة « جاما » يحملون علامةً مميزهً من أفلام تتكون من طبقة فوتوغرافية حساسةٍ لتوضحَ كميةَ الإشعاعات التي يتعرضون لها .. لتتوفرَ لهم الحمايةُ اللازمةُ
توجد الآن خمسةُ أقمارٍ صناعية طراز « Vela » الأمريكية علي ارتفاع 100 ألف كيلو متر لاكتشاف «أشعةِ جاما » - الناتجةِ عن الانفجارات النووية - علي الأرض .. لتحقيق التحصينات اللازمةِ للحماية من أخطارها ..
أشعة « جاما » هامةٌ جدا لعلماءِ الفلك لدراسة التفاعلات الكونية .. وهناك فلكٌ خاص باسم « أشعة جاما »
في ابريل سنة 1991 أُطْلِقَ القمرُ الفلكى الأمريكىُّ جرو GRO .. الذي يعمل بأشعة "جاما " علي ارتفاع 45 كيلو مترا .. ويزن 15.9 طن لاختراق الأجسام وتصويرها .. لمعرفة حقيقتِها .. وأسرارِها .. تُوجَدُ استعمالاتٌ كثيرة .. ومتعددة .. ومفيدة لأشعة " جاما " فهي تُستخدَمُ في مجال الطبِّ .. لدراسة أمراضِ المخ .. والكبد .. والكُلَي .. والبنكرياس .. والغُدد الدرقيةِ .. وغير ذلك ..
تتعرض هذه الطلاب ُلجرعة بسيطة جدا بدرجة مدروسةٍ لتخترقَ الطلابَ بآلة تصويرٍ تعمل بأشعة " جاما " تُوضَعُ خارجَ الجسم .. كذلك يُستعملُ إشعاع" جاما " بصورة دقيقة فى مجال الطب لتدمير الخلايا السرطانيةِ الموجودةِ بالجسم . 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 .
تطبيقات اشعة جاما
الطب:
تستخدم اشعة جاما في الطب لقتل الخلايا المتسرطنة ومنعها من النمو. حيث تنفذ اشعة جاما في الجلد وتعمل على تأيين الخلايا وهذا يسبب قتل تلك الخلايا.
الصناعة:
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.
العلوم:
تستخدم اشعة جاما في تطوير المفاعلات والقنابل النووية والتجارب العلمية لكشف اسرار النواة.
خطورة اشعة 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.
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.
تبين الصورة التالية جزء من الكون الفسيح وتوضح النشاط الأشعاعي لأجرام السماوية.
مقدمة
يوجد ما يقرب من( 0,01%) من طاقة الكون الكلية على شكل أشعه كهرومغناطيسية . فالحياة البشرية كلها مغمورة بتلك الأشكال من الأشعة وكذلك فان تكنولوجيا وسائل الاتصالات الحديثة والخدمات الطبية تعتمد بشكل كبير وواضح على صور عده لهذه الموجات . وفى الواقع فان كل الكائنات الحية التى تعيش على وجه الأرض تعتمد على الأشعة الكهرومغناطيسة المستمدة من الشمس . فان أعيننا يمكنها أن ترى بعضا من الأشعة.
الكهرومغناطيسسيه المنبعثة من الشمس في صورة ضوء مرئي .وكذلك فالحياة اليومية مليئة بأشعة كهرومغناطيسيه من صنع الإنسان ومنها ما يلى .. الطعام الذى يطهى فى أفران تعمل بالميكروويف والطائرات توجه بواسطة موجات رادارية وأيضا البث والاستقبال الإذاعي والتلفزيوني الذى يستقبل الموجات الكهرومغناطيسية . فالذى يقوم بعملية النقل هذه (نقل الصوت والصورة ) هى موجات كهرومغناطيسيه.
الأشعة الكهرومغناطيسية
سبب تكون الأشعة الكهرومغناطيسية حيث أن تذبذب الشحنات المكونة للذرة يؤدي إلى انبعاث الطيف الكهرومغناطيسي والذي يقوم بدور الزنبرك هو درجة الحرارة التي تمد الشحنات بالطاقة أو أي نوع من أنواع الإثارة Excitation مثل التصادمات وغيره. ويعتمد الطول الموجي للأشعة الكهرومغناطيسية على درجة إثارة الشحنة ومن هنا نجد أن الطيف الكهرومغناطيسي له مدى واسع وللتميز بين الأطوال الموجية أعطيت أسماء مختلفة مثل أعة المايكروويف والأشعة المرئية وأشعة اكس وأشعة جاما وهكذا كما نلاحظ في الشكل المقابل.
خصائص الأشعة الكهرومغناطيسية:
الأشعة الكهرومغناطيسية تنتشر في الفراغ بسرعة ثابتة هي سرعة الضوء وقيمتها 3x108m/s2. تنتقل هذه الأشعة في الفراغ وتنقل الطاقة من المصدر source إلى المستقبل receiver. تم اكتشاف هذه الأشعة على مراحل حيث كان العالم هيرتز Hertz 1887 أول من عمل في هذا المجال وكان في ذلك الوقت فقط أشعة الراديو والأشعة المرئية ومن ثم تم اكتشاف باقي الطيف الكهرومغناطيسي من خلال الملاحظات والظواهر الفيزيائية.
الأشعة الكهرومغناطيسية لها طول موجي l وتردد n يحدد خصائصها وترتبط سرعة الأشعة الكهرومغناطيسية مع التردد والطول الموجي من خلال المعادلة
c = n l
كما هو واضح في الشكل المقابل مخططاً لكامل الطيف الكهرومغناطيسي حيث يبدأ من أمواج الراديو ذات الطول الموجي الطويل والتردد المنخفض ثم منطقة أشعة المايكروويف ومنطقة الأشعة تحت الحمراء ثم منطقة الأشعة المرئية ثم منطقة الأشعة فوق البنفسجية ثم منطقة أشعة اكس ثم منطقة أشعة جاما. وهذا التسلسل هو تبعاً لزيادة تردد هذه الموجات. ولكل منطقة من مناطق الطيف الكهرومغناطيسي خصائص تميزها عن بعضها البعض وبناء عليه نتجت تطبيقات مختلفة لهذه الأشعة وللعلم فإن منطقة الطيف المرئي هي التي منحنا الله سبحانه وتعالى القدرة على رؤيتها وهي المنطقة التي تستجيب لها شبكية العين لتتمكن من رؤية الأشياء من حولنا.
الطيف الكهرومغناطيسي
RegionWavelength
(Angstroms) Wavelength
(centimeters) Frequency
(Hz) Energy
(eV)
Radio > 109 > 10 < 3 x 109 < 10-5
Microwave 109 - 106 10 - 0.01 3 x 109 - 3 x 1012 10-5 - 0.01
Infrared 106 - 7000 0.01 - 7 x 10-5 3 x 1012 - 4.3 x 1014 0.01 - 2
Visible 7000 - 4000 7 x 10-5 - 4 x 10-5 4.3 x 1014 - 7.5 x 1014 2 - 3
Ultraviolet 4000 - 10 4 x 10-5 - 10-7 7.5 x 1014 - 3 x 1017 3 - 103
X-Rays 10 - 0.1 10-7 - 10-9 3 x 1017 - 3 x 1019 103 - 105
Gamma Rays < 0.1 < 10-9 > 3 x 1019 > 105
تجدر الإشارة إلى أن الأشعة الكهرومغناطيسية لها طاقة تعطى بالمعادلة E = h n
حيث أن الثابت h هو ثابت بلانك
h = 6.6x10-34 J.s
وتستخدم وحدة الإلكترون فولت للتعبير عن طاقة الأشعة الكهرومغناطيسية
1 e.v. = 1.6 x 10-19 J
نستنتج من ذلك أنه كلما زاد التردد ازدادت الطاقة وعليه فإن طاقة أشعة جاما اكبر ما يمكن في الطيف الكهرومغناطيسي وكما نعلم أن جسم الإنسان يتحمل طاقة أقصاها طاقة الطيف المرئي وتعتبر طاقة الطيف فوق الأزرق ضارة وتسبب حرق لخلايا الجسم وكذلك طاقة أشعة اكس تستطيع اختراق جلد البشري والتعرض لها يسبب خطورة كبيرة. سنقوم بدراسة كل منطقة من مناطق الطيف الكهرومغناطيسي على حدى لتوضيح المزيد من المعلومات عن تولدها واستخداماتها
