التلوث الإشعاعي
تلوث اشعاعي
Radiation pollution -
محمد ماهر قباقيبي
التلوث الإشعاعي radiation contamination هو وجود مُصدِر للإشعاع في البيئة بمقدار أعلى من السويات الطبيعية سواء في الهواء أم على جسم الكائنات أم في داخلها، وذلك نتيجة لتدخل الإنسان حتماً، ويصبح خطراً إذا تجاوز الحدود التي وضعتها المنظمات الدولية المعنية بالإشعاع والوقاية منه منها الوكالة الدولية للطاقة الذرية International Atomic Energy Agency (IAEA) والهيئة الدولية للوقاية من الإشعاع International Commission On Radiological Protection (ICRP) وغير ذلك.
يمكن أن تكون مصدرات الإشعاع نظائر مشعة طبيعية وهي ذرات لعناصر نواتها غير مستقرة استخلصها الإنسان من الطبيعة؛ وعمل على زيادة تركيزها للاستفادة منها في بعض التطبيقات الصناعيةوالطبية والعسكريةمثل تخصيب اليورانيوم، أو صنعية حصل عليها من مسرع السيكلوترونcyclotron أو المفاعلات النووية أو التفجيرات النووية.
تسعى نواة النظير المشع تلقائياً للاستقرار -حيثما وجدت- بإصدار الزائد من طاقتها بالإشعاع الذي يمكن أن يكون على شكل جسيمات (أشعة ألفا، أشعة بتا، أشعة نترونية) أو على شكل أمواج كهرطيسية (أشعة غاما، أشعة سينية) وذلك خلال زمن يُدعى عمر النصف half life- الزمن اللازم لتفكك نصف كمية المادة المشعة - وهو يختلف باختلاف نوع النظير المشع ويراوح بين أجزاء الثانية وملايين السنين. ويكون هذا الإشعاع مؤيناً للذرات التي يصطدم بها وهذا هو سبب خطورته على الخلية الحية.
أوصت المنظمات الدولية بعدم تجاوز بعض المعايير في مقدار التلوث الإشعاعي، حيث تتفاوت القيم باختلاف نوع الإشعاع ومكان تواجده (الجدول 1) كما تتفاوت القيم باختلاف نوع النظير المشع وطريقة دخوله إلى جسم الإنسان (الجدول 2).
الجدول (1) حدود التلوث الإشعاعي للسطوح (Bq/cm2) | ||||||||||||||||||
|
الجدول (2) حدود الاستنشاق وحدود الابتلاع لبعض العناصر المشعة | |||||||||||||||||||||
|
أصبح التعرض للأشعة المؤينة مشكلة العصر حيث يتعرض الإنسان لها في المشافي وفي المفاعلات النووية، وفي صناعة النظائر المشعة، وصناعة الساعات المضيئة، ومناجم الخامات لبعض العناصر المشعة كالراديوم واليورانيوم وغيرها، وفي المأكل والمشرب، ومن الأجواء المحيطة. كما تُعدّ النفايات المشعة بحد ذاتها مشكلة ما زالت كثير من الدول تبحث عن حل لها، خاصة تلك التي لديها محطات كهربائية- نووية، أو التي تُجرى فيها الأبحاث النووية، إضافة إلى النفايات الصادرة من الغبار المُشع الذي يحمل نواتج الإنشطار النووي الناجم عن التجارب النووية والذي يمكن أن يجتاز حدود مناطق تلك التجارب. وينتقل الغبار المشع عن طريق طبقات الجو العليا وتزداد الخطورة كلما ازداد ارتفاع الغبار المُشع؛ لأنه كلما ازداد ارتفاعاً تتسع دائرة انتشاره.
يُعدّ التلوث الإشعاعي من أخطر أنواع التلوث؛ لأنه لا يمكن إدراكه بالحواس الخمسة، وقد لا تظهر تأثيراته مباشرة في وقت التعرض له، بل قد تمتد لعقد أو جيل أو قرن كامل. وكذلك لأنه يؤدي إلى تلوث جميع الأوساط الطبيعية: التربة والمياه العذبة والمحيطات والغلاف الجوي.
يعود اكتشاف النشاط الإشعاعي radioactivity الطبيعي إلى العالم أنتوني هنري بكريل Antoine Henri Becquerel عام 1896، عندما كان يبحث في كيفية تصوير الأشعة السينية وإبرازها على صفائح فوتوغرافية، حيث لاحظ إشعاعات مميّزة سماها في سنة 1896 إشعاعات يورانيومية، وهي ناجمة عن نشاط إشعاعي يحدث في الطبيعة تلقائياً. وأثبت بكريل أن الإشعاع الذي اكتشفه يصدرعن جميع مركّبات اليورانيوم؛ مما يعني أن مصدر الإشعاع هو ذرة اليورانيوم، واتضح له أن هذا الإشعاع يحدث بصورة تلقائية مستمرة لاتؤثر فيها لمؤثرات الخارجية من ضغط ودرجة حرارة، ولهذ ايوصَف اليورانيوم بالمشع radioactive، وتسمى هذه الظاهرة النشاط الإشعاعي (وقد سميت واحدة قياس شدة الإشعاع باسمه Bq). ثم أكد كل من ماري كوري وزوجها بيير كوري في أبحاثهما أن صفائح بكريل تحتوي على اليورانيوم وأنه سَبَّبَ تلك الإشعاعات. وفي عام 1898 تمكن بيير وماري كوريPierre & Maria Curie من اكتشاف النشاط الإشعاعي للثوريوم، واكتشفا في السنة ذاتها عنصرين جديدين في خامات اليورانيوم، أطلقاعلى العنصر الأول تسمية الراديوم، وأطلقا على العنصر الثاني اسم البولونيوم؛ من بولندة موطن ماري كوري.
لقد عرف معنى التلوث الإشعاعي بعد وفاة مدام كوري بسبب عملها في دراسة خواص عنصر الراديوم المشع. واتضحت خطورة الإشعاعات النووية بعد عام 1940؛ حينما اكتشف الباحثون والأطباء العلاقة بين تعرض النساء الحوامل للأشعة السينيةx -ray وحدوثتشوهات في الأجنة. ويُعدّ الانشطار النووي وإنشاء أول مفاعل نووي في عام 1942 البداية الحقيقية لتلوث البيئة بالإشعاعات النووية. وازداد حجم هذا التلوث علىإثر إنتاج الأسلحة الذرية في نهاية الحرب العالمية الثانية، وما أعقبها منحروب وانفجارات نووية؛ إذ شهد العالم في الفترة ما بين 1945 إلى عام 1963 نطاقاً واسعاً من تجارب الانفجارات الذرية. ويعد انفجار القنبلتين النوويتين في مدينتي هيروشيما وناغازاكي وانتشار الغبار الذري الأشهر في تاريخ التلوث الإشعاعي، فقد تسبب في موت عشرات الآلاف وفي كثير من الأمراض والتشوهاتوالكوارث.
ازداد حجم التلوث الإشعاعي في الآونة الأخيرة بعد استخدام الطاقة النووية في إنتاج الطاقة الكهربائية، وبناء المفاعِلات النووية التي نتج عنها كثيراً من الحوادث، ولعل أهمها انفجار مفاعل تشرنوبل في أوكرانيا عام 1986، وكارثة فوكوشيما في اليابان عام 2010، وقد وصل تأثيرهما إلى آلاف الكيلومترات، وأدى إلى أضرار بيئية وبشرية مفجعة. لأن المواد المشعة تنتقل مباشرة إلى الإنسان بالتسرب أو من خلال ما يتناول من أطعمة حيوانية أو نباتية سواء كانت هذه الحيوانات والنباتات برية أم مائية. وبعضها تكون ذات قدرة على تركيز المواد المشعة في أجسامها مثل الطحالب.
1- أشعة ألفا α: وهي تتكون من نترونين وبروتونين أي تشبه في تركيبها نوى الهليوم، شحنتها الكهربائية موجبة، تصدر من بعض النظائر المشعة عند تفككها، وتُحدِث تأيناً على طول مسارها في ذرات المادة التي تجتازها. ولكن نفوذيتها ضعيفة في النسج الحية لا تتجاوز 10مكرومترات.
2- أشعة بتا β: تتألف من إلكترونات ذات سرعة تقترب من سرعة الضوء، وتنطلق من نوى بعض النظائر المشعة، ونظراً لكونها مشحونة كهربائياً؛ فإنها تعمل على تأيين المادة التي تجتازها، وتصل نفوذيتها بالأنسجة الحية إلى نحو 2سم أو أكثر.
3- أشعة غاما γ: هي اهتزازات كهرطيسية عالية التواتر تنطلق من نوى بعض العناصر المشعة، وهي غير مشحونة كهربائياً، ولكنها تؤين المادة التي تجتازها تأيناً غير مباشر. وتستطيع هذه الأشعة أن تعبر المادة التي تمر فيها بسهولة، حتى إنه يمكنها أن تخترق الدرع الرصاصي.
4- الأشعة السينية: هي أشعة كهرطيسية تشبه بتأثيرها أشعة غاما، والأشعة السينية المستخدمة في التشخيص الطبي ذات طاقة ضعيفة بالنسبة إلى أشعة غاما.
5- النترونات: من المعروف أن انشطار النواة يحدث ما يسمى تدفق النترونات التي قد تؤيّن المواد والنسج الحية المعرضة لها تأيناً غير مباشر، وتكمن خطورتها في أنها عندما تكون بطيئة – يطلق عليها مصطلح نترون حراري thermal neutron- تتفاعل مع الذرات غير المشعة وتحولها إلى ذرات مشعة.
6- الأشعة الكونية: وهي أشد الإشعاعات النووية نفوذاً في المادة والنسج الحية، وهي ذات منشأ كوني من خارج الكرة الأرضية، تتولد في النجوم والكواكب،. وهي لا تعد تلوثاً لأنها من طبيعة الكون لم تتدخل بها يد الإنسان.
تستطيع الإيونات المتشكلة في الخلية الحية نتيجة لتعرضها للإشعاع أن تُعدِّل بنية مركّبات الخلية، كما أنها تحرِّض على تشكيل أوائل أكاسيد لكثير من العناصر، وتشكّل مركّبات أخرى سامة خلوياً. فالأشعة المؤينة إذاً هي سبب الأضرار الخطرة التي تصاب بها الخلايا عندما تعبرها وخاصة عندما تتشكل ضمنها. مثلاً تُحَرِّض جُرعَةٌ عالية من الإشعاعات النووية ظهور إيونات عديدة في النسج الحية تسبب موت الخلايا المعرضة لها. أما الجرعات المنخفضة فيمكن أن تتحملها الخلايا من دون أضرار واضحة، ولكنها تستطيع أن تُدخِل إلى تلك الخلايا تعديلاتٍ بنيوية غير عكوسة خاصة في جزيء الدنا DNA مؤدية بذلك إلى حدوث بعض الطفرات.
ترتبط خطورة التلوث الإشعاعي بعمر النصف للمادة الملوثِة، فالعناصر ذات العمر النصفي القصير تكون قليلة الخطورة، ونشاطها الإشعاعي يتناقص بسرعة. أما تلك التي تتميّز بنصف عمر طويل نسبياً فأخطارها تكون مديدة. مثلاً عند انفجار مفاعل تشرنوبل انطلق إلى البيئة نحو 80 مليون كوري من اليود 131 I131 ذو عمر النصف 8 أيام وبعد عشرة أنصاف عمر أي بعد 80 يوم تقريباً يكون قد تناقص النشاط الإشعاعي عشرة مضاعفات؛ أي بقي منها نحو 50000 كوري فقط -وهي ليست قليلة-. بينما انطلق في نفس اللحظة من المفاعل المنفجر نحو 6 مليون كوري من عنصر السيزيوم 137 Cs137ذو عمر النصف 30 سنة فيكون بعد 80 يوم من الإنفجار وكأنه مازال على نشاطه الأولي تقريباً، وبعد 30 سنة من الحادثة أي في عام 2016 مازال الإنفجار ملوثاً للبيئة بثلاثة ملايين كوري من السيزيوم 137 المشع.
الآثار البيولوجية للتلوث الإشعاعي
يمكن أن تدخل المواد المشعة إلى داخل الجسم أو أن تبقى خارج الجسم؛ ولكن تدخل الأشعة الصادرة عنها إلى الجسم، وفي كلا الحالتين تتأذى الخلية الحية بالأشعة المؤينة التي تولِّد فيها جذور حرة نشطة أو تكسر فيها روابط كيميائية ذات أهمية حيوية. فعند دخول المواد المشعة الجسم ووصولها إلى الدورة الدموية وسوائل الجسم تنتشر في جميع أنسجته طبقاً للصفات والخصائص الكيميائية للعناصر والمركّبات التي تكوِّن هذه المواد المشعة.
تُصنَّف التأثيرات الإشعاعية في مجموعتين:
أ- آثار جسمية somatic effects: وهي المخاطر التي تصيب جميع أنواع الخلايا الجسمية (الجسدية). وتصيب فيزيولوجية الفرد المعرض للإشعاعات مسببة له اضطرابات متنوعة في أجهزة جسمه المختلفة؛ ولاسيّما مكونات الدم والعظام وجهاز الهضم والجلد والغدد التناسلية. وتتفاوت الأضرار الناجمة بين الموت شبه الفوري إلى انخفاض في الحيوية إلى مستوى دون الوسط.
ب- آثار وراثية genetic effects: وهي الآثار التي تظهر أعراضها في ذرية الكائن الحي الذي تعرض للإشعاعات حيث تؤدي الإشعاعات النووية -وبحسب الجرعات التي يتعرض لها الفرد- إلى اضطرابات متنوعة في التركيب الكيميائي للشيفرة الوراثية. كأن يؤدي بعضها إلى اقتطاع أجزاء معيّنة من جزيء الدنا DNA مسببة حدوث بعض الطفرات أو تشكيل أجنة مشوهة.
كما أن خلايا الجسم البشري نفسها تختلف في درجة تأثرها بالإشعاع. والخلايا الأكثر انقساماً هي الأشد تأثراً. ويمكن ترتيب أنسجة الجسم من حيث تأثرها بالإشعاع من الأكثر تأثراً إلى الأقل على النحو التالي: 1- الخلايا التناسلية 2- نخاع العظام والنسج المصنعة لكريّات الدم 3- الغدد الصماء 4- الأوعية الدموية 5- الجلد 6-الأمعاء 7- النسيج الضام 8- العضلات 9- العظام 10- الأعصاب 11- الدهون.
التراكم الحيوي للعناصر المشعة في السلسلة الغذائية
تسلك النظائر المشعة في تراكمها الحيوي السلوك الكيميائي نفسه للنظائر غير المشعة، ولكن يزداد إمكان التراكم مع النظائر المشعة. وتتصف الملوثات الإشعاعية –مثل مبيدات الحشرات- بالتراكم الحيوي حيث يزداد تركيزها في أجسام الكائنات الحية مع زيادة مستويات السلسلة الغذائية، ومن هنا تنبع خطورتها الكبيرة.
تقوم الطحالب التي تشكل أساس السلسلة الغذائية البحرية القاعية بتركيز السيزيوم 137 بمقدار عشر مرات أكبر من تركيزه في الماء، وتراكم نظائر أخرى بتراكيز تصل إلى 1500 ضعف وجودها في الماء مثل الروتينيوم. وتختلف درجة تركيز العناصر بين الأنواع الطحلبية إلا أن الطحالب لا تتأثر بإشعاع تلك العناصر.
ينتقل الإشعاع إلى المستهلكات الحيوانية التي تختلف أيضاً بتمثيلها للعناصر المشعة، فالقشريات البلانكتونية من الكائنات ضعيفة التمثيل لتلك العناصر التي تفقدها مع برازها ومع عملية الانسلاخ، بعكس القشريات القاعية التي تراكم تراكيز مرتفعة من تلك العناصر، وتنقلها للأسماك التي تتغذى بها.
وينتقل تأثير العناصر المشعة إلى الإنسان، الذي يشكل قمة الهرم الغذائي، عند استهلاكه للأغذية أو حتى المياه الملوثة إشعاعياً. وعندما تتسرب العناصر المشعة فإنها قد تنتشر في الهواء، ويسقط بعضها مع الأمطار، وتنتقل إلى باطن الأرض لتلوث المياه الجوفية، وتنتقل عبر مياه الشرب إلى الإنسان، كما يمكن أن تنتقل إلى المنتجات الزراعية عبر مياه الري أو عند تلوث التربة، فتتسبب في تلوث النباتات، كما يمكن أن تترسب ذرات الإشعاع على سطح النباتات مثل الخضراوات والحبوب والفواكه، وتصل إلى الإنسان عند استهلاكه لهذه النباتات. كما يمكن أن تصل إلى الإنسان عند تناوله لحوم الحيوانات التي تناولت النباتات أو الأعشاب الملوثة، أو عند تناول منتجاتها مثل الحليب والأجبان، أو عند تناول الأسماك الملوثة (الشكل 1).
 |
الشكل (1) انتقال الملوثات الإشعاعية في سلسلة الغذاء وصولاً إلى الإنسان. |
تتوزع العناصر المشعة في نسج جسم الإنسان بنسب متفاوتة بحسب نوع العنصر، فقد يتركز العنصر المشع في نسج العظام؛ في حين يتركز عنصر آخر في نسج أخرى مثل الكبد. كما أن امتصاص المواد المشعة يجري بنسب متفاوتة جداً.
لنيوكليدات العناصر المشعة نظائر مشابهة لمواد مهمة في الغذاء، مثلاً: السيزيوم متشابه مع البوتاسيوم في سلوكه ويتركز في العضلات، وقد يُمتص في الحال، ويدور طليقاً في الجسم ليشع في جميع النسج. أما نظائر اليود المشع فتتراكم في الغدة الدرقية أكثر بمئات المرات من تراكمها في بقية أعضاء الجسم لأن الغدة الدرقية تمتص اليود ولا تميّز بين اليود المشع واليود غير المشع؛ لذا في حالات انتشار التلوث باليود المشع يعطى الناس حبوب يود غير مشع فتأخذ الغدة حاجتها منه وتكون مكتفية قبل أن يصلها اليود المشع. ويسبب السترونسيوم- الذي تمتصه العظام خاصة- حدوث ابيضاض الدم.
يختلف تأثير التلوث الإشعاعي للنبات عنه في الحيوان؛ والأكثر تعرضاً للأذى هو الإنسان، تنقسم أعراض التلوث عنده إلى:
أ- تسمم حاد: يحدث عادة من الانفجارات النووية أو حدوث تسرب إشعاعي، وتحدث فيه الأعراض التالية:
1- غثيان وقيء.
2- احمرار الجلد وظهور حروق تشبه حروق الدرجة الثانية، تظهر فيه فقاعات مصلية.
3- نقص الوزن وقلة الشهية للطعام وقلة التركيز.
4- تثبيط وظائف النخاع العظمي المنتج لكريات الدم الحمراء والصفائح الدموية؛ مما يؤدي إلى فقدان الشهية والتهاب الأغشية المخاطية، وظهور بقع نزفية تحت الجلد وقرح بالأنف والفم وسقوط الشعر، قيء وإسهال دمويين، وقد يحدث نزيف داخلي شديد.
5- تُظهِر الفحوص المخبرية هبوطاً حاداً في عدد كريات الدم الحمراء والبيضاء والصفائح الدموية ونقصاً في عدد النطاف عند الرجال.
ب- تسمم مزمن: ويحدث عند التعرض للإشعاع بجرعات قليلة لفترات طويلة، كما يحدث لأطباء الأشعة والمتعاملين مع العناصر المشعة والقاطنين في مناطق ملوثة إشعاعياً, وتظهر الأعراض عادة بعد فترة طويلة من التعرض، وتتأثر بها مختلف أجهزة الجسم تبعاً لطبيعة النسيج والجرعة، وتكون الأعراض كالتالي:
1- فقر دم شديد ونقص في عدد كريات الدم البيضاء، فتقل مناعة الجسم للأمراض.
2- نقص في عدد الصفائح الدموية؛ مما يجعل المريض عرضة للنزف.
3- زيادة نسبة الإصابة بسرطان الدم.
4- حدوث التهابات رئوية متكررة تؤدي إلى تليُّف الرئتين ثم سرطان الرئة.
5- ضمور بالجلد وتغيُّر لونه وظهور قروح وتشققات وأورام وتخريب بصمات الأصابع.
6- نقص فى ترسيب الكلسيوم بالعظام ينجم عنه هشاشة العظام، وقد تحدث الإصابة بسرطان العظام(الساركوما).
7- حدوث العقم لدى الرجال والنساء وإجهاض الحوامل وتشوهات الأجنة.
8- إصابة عدسة العين بما يعرف بالمياه البيضاء (الساد cataract).
العوامل التي تتحكم في آثار التعرض الإشعاعي
أ- الخواص الفيزيائية للمادة المشعة: وتتضمن عمر النصف، ونوع الأشعة المنبعثة وطاقاتها.
ب- العوامل الحيوية (البيولوجية) للمادة المشعة وانتقال المادة داخل الجسم من عضو إلى آخر، إلى جانب استبقاء المادة المشعة في نسيج معيّن، والفترة الزمنية لوجود المادة المشعة داخل الجسم، أو ما يسمى عمر النصف البيولوجي وهو أقل من عمر النصف الفيزيائي بسبب الإطراح البيولوجي للمادة، ثم طرائق إطراح المادة المشعة من الجسم، إلى جانب عوامل أخرى مثل السن والجنس والأمراض المختلفة.
ج - الدورة الدموية وسوائل الجسم وكذلك الجهاز التنفسي والجهاز الهضمي، والتي تحدد آليات انتقال المادة المشعة من نسيج إلى آخر وميكانيكيته.
د - التحول السرطاني لبعض النسج التي تتركز فيها المواد المشعة لفترات طويلة نسبياً.
يمر التأثير الإشعاعي بمرحلتين أساسيتين، هما:
1- المرحلة الفيزيائية-الكيميائية: تتعلق بامتصاص الطاقة الإشعاعية داخل روابط الجزيئات الكيميائية في الخلايا، وينجم عن ذلك حدوث توتر أو تأين لهذه الروابط الفيزيائية-الكيميائية في الجزيئات الموجودة في الحيز البيولوجي الذي حدثت فيه عمليات امتصاص للطاقة.
2- مرحلة التأثير الحيوي في الخلايا والنسج: يتجلى بالتغيرات الكيميائية التي تحدث للجزيئات، والذي يترتب عليه ظهور الآثار الإشعاعية في الخلايا والنسج وتطورها، وأهمها تحول الجزيئات لإنتاج جذور حرة free radicals؛ مما يؤثر في تركيب الخلايا ومن ثمّ في وظائفها. ويتوقف حجم هذه الآثار ونوعيتها وشدتها على عوامل كثيرة تتعلق بالجهاز الحيوي المتعرض للإشعاع، والنظام الفيزيائي للأشعة الساقطة بكل جوانبه. وترتبط جميع مراحل تطور الإصابة بعوامل كيميائية وفيزيولوجية ووظيفية ومناعية كثيرة وبكل الأجهزة المسيطرة على جميع النظم الحيوية في الجسم، ومقدار الجرعة الإشعاعية الذي تعرض له الجسم وحجم الحيز المتعرض منه.
مراجع للاستزادة: -ابراهيم حداد،ابراهيم عثمان. التلوث الإشعاعي: مصادره وأثره على البيئة. منشورات المنظمة العربية للتربية والثقافة والعلوم، 1992. - K. Aruga, Consumer Reaction, Food Production and the Fukushima Disaster: Assessing Reputation Damage Due to Potential Radiation Contamination, Springer 2017. - J. S. Bogard, et al., Atoms, Radiation, and RadiationProtection, Wiley-VCH2022. - A. K. Junk,Y. Kundiev, et al., Ocular Radiation Risk Assessment in Populations Exposed to Environmental Radiation Contamination(NATO Science Partnership Subseries: 2), Springer 2014.
|
- التصنيف : الكيمياء والفيزياء - النوع : الكيمياء والفيزياء - المجلد : المجلد العاشر، طبعة 2025، دمشق مشاركة :
اخترنا لكم
المجلدات الصادرة عن موسوعة العلوم والتقانات
