مقدمة: الثورة الايكسيدية

وفي السنوات الخالصة من القرن التاسع عشر، بدا أن الفيزياء قد انتهت تقريبا، وقد فتحت الميكانيكيون الجدد، وأجهزة ماكسويل الكهرمائية، وقوانين علم الدم الحراري، جميع الظواهر الجديرة بالملاحظة، غير أن تجربة واحدة برزت بسبب التذبذب الشديد في سماء باريس، قد كشفت عن هذا الوهم.

الحياة المبكرة وإرث العلم

وقد ولد أنطوان هنري بكيرل في ٥١ كانون الأول/ديسمبر ٥٢٨١ في باريس في أسرة تتنفس العلم، وكان جده أنطوان سيزار بيكريل، عالماً فيزياء متميزاً و رائداً في مجال الكيمياء الكهربائية التي طورت أول خلية كهربائية تجريبية، وكان والده، أليكساندريه إدموند بكيريل، خبيراً في الإشعاع الشمسي والفوسفوري.

وقد تلقى تعليمه المبكر في ليشي لويس - لي - غراند، ثم دخل في وقت لاحق إلى كلية بوليتكنيك، تليها " إكولي دي بونتس وتشوسي " ، حيث درب كمهندس مدني، وعلى الرغم من درجة حرارته الهندسية، فإن عاطفة بيكويل للفيزياء لم تنفجر، وفي عام ١٨٧، خلف والده كبروفيسور للأبحاث الوطنية التي أجريت في موسوعة.

The State of Physics in the 1890s

ومن أجل تقدير أثر عمل بيكريرل، يجب أن يفهم المرء المناخ العلمي للتأخر في عام ١٨٠٠، وفي عام ١٨٩٥، أعلن ويلهيلم رونتغن اكتشاف الأشعة السينية - غير المنظورة التي يمكن أن تمر عبر الجسد والخشب والمعادن، مما يترك الظل على اللوحات الفوتوغرافية، كما أن العلماء في كل مكان يسرعون في تكرار الأشعة المفاجئة التي يشتبه في أنها تحتوي على مواد غير واضحة.

وقد كان في موقعه تماماً، بفضل خبرته في مجال الأشعة الفوسفورية، اختبار هذه الفرضية، وقد اكتشف والده أن بعض المواد الفوسفورية يمكن أن تبث الإشعاع بعد أن تتعرض لضوء الشمس، فهل يمكن أن تكون هذه هي نفس ظاهرة الأشعة السينية؟ وكان المجتمع العلمي يتنفس، في الوقت الذي بدأت فيه شركة بيكفيرل تجاربه في شباط/فبراير ١٨٩٦، وكان التوقع أن يؤكد بدلاً من ذلك وجود صلة بين الأشعة.

الكشف عن النشاط الإشعاعي

وقد بدا أن تجربة بيكريل الأولية مباشرة، وأخذ بلورات من كبريتات أورانيل بطن اليورانيوم التي عرف أنها فوسفورسينت بقوة بعد التعرض لضوء الشمس، ووضع البلورات على لوحة فوتوغرافية ملفوفة في ورق أسود سميكة لحجب الضوء المرئي ثم وضع التجمع في ضوء الشمس، وبعد عدة ساعات، وضع اللوحة ووجد أن هناك نقصا واضحا في الملح.

الساحرة التي غيرت العلوم

ثم تتدخل الأجواء في 26 شباط/فبراير، تحولت السماء فوق باريس إلى الغيوم وظلّت مُنبثة لعدة أيام، وكانت بيكريل مستعدة لتكرار تجربته لضوء الشمس ولكنها خزنت لوحات التصوير المغلفة وأملاح اليورانيوم في درج مظلم، في انتظار سماء واضحة، وطورت البلورات على أي حال في آذار/مارس 1، وكانت صوره المُضبة أكثر كثافة بكثير من تلك التي كانت مُحاولات التي تعتمد على الشمس.

وقد اكتشف بيكيرل شكلا جديدا من الإشعاعات، ناشئا عن ذرات اليورانيوم، وأعلن عن هذه النتيجة الاستثنائية للأكاديمية الفرنسية للعلوم في 2 آذار/مارس 1896، وقد تسبب بلاغه في حدوث توتر فوري، ولكن الآثار الكاملة ستستغرق سنوات من الزمن لتكشفها.

تأكيد المدفع

وخلال الأسابيع التالية، قام بضبطات صارمة، حيث قام باختبار معدن اليورانيوم النقي، ومركبات مختلفة، وحتى أملاح اليورانيوم غير الفوسفوري - كلها تنتج فوجاً متطابقاً، ولم يكن الإشعاع يتعلق بظاهرة الفوسفور أو أي حافز خارجي، بل كان يمكن أن يخفف كثافة الهواء، مما جعله مسيئاً، ولم يوقفه جرف اللوم المستمر.

وكان يعتقد في البداية أن الأشعة قد تكون نوعاً من الضوء غير المرئي، ولكن التحقيقات التي أجراها آخرون فيما بعد - خاصة إرنست ثيرفورد - قد أعدت صورة أكثر تعقيداً، وكان الإشعاع الذي لاحظه بكيرل يتألف من ثلاثة عناصر متميزة: الجسيمات ألفا (النواة العلي)، وجسيمات بيتا (الإلكترونية)، وأشعة غاما (التصوير العالي) (المعقود).

التعاون مع الجهات المعنية

وقد استولت شركة Becquerel على خيال فيزياء بولندية شابة تعمل في باريس، ماري سكلودوسكا - كوري، واختارت أشعة بيكريل موضوعا لنظريتها الدكتورية، وباستخدام مقياس كهربي حسّاس طوره زوجها بيير كوري، قيست ماري التيارات الكهربائية التي تنتج عن تركيبة الهواء القريب من مركبات اليورانيوم.

وقد بدأت ماري، التي تقودها الفضول، في اختبار كل معدن وخامات يمكن أن تحصل عليها، ووجدت أن الرخام، وهو يورانيوم مناجم جواشيمستال، قد أظهر نشاطا أقوى بكثير من اليورانيوم وحده، وهنأت وجود عنصر جديد مشع بدرجة عالية، وفي تموز/يوليه 1898، أعلنت عن اكتشاف كميات من اليورانيوم فريدة (التي تسمى عنصر بولندا الأصلي) في وقت لاحق من هذا العام،

وقد دعمت شركة " بيكيرل " هذه الشعارات بتقديم عينات من الرخامات وتقديم المشورة التقنية، رغم أن العلاقة كانت أيضاً حافة من التنافس المهني، وقد مُنح العلماء الثلاثة جائزة نوبل في الفيزياء في عام 1903: " اعترافاً بالخدمات الاستثنائية التي قدمها باكتشاف النشاط الإشعاعي العفوي " ، كما منح الشعارات اللازمة لإجراء تحقيقات مشتركة.

طبيعة النشاط الإشعاعي

وقد شكل اكتشاف بكريل حجية عميقة: كيف يمكن لليورانيوم أن يبث الطاقة دون أي مصدر خارجي واضح؟ ويبدو أن هذا ينتهك قانون حفظ الطاقة، وقد جاء الحل من إرنست روثرفورد وفريدريك سودي، اللذين اقترحا في عام ١٩٠٢ أن تتحول الذرات المشعة تلقائيا إلى عناصر أخرى، مما يدل على الطاقة في العملية، وهذه الثورة الدوائية غير الإشعاعية.

ومع مرور الوقت، حدد العلماء ثلاثة أنواع من الإشعاع:

  • Alpha particles]: Positively charged helium nuclei emitted during decay. They are relatively heavy, slow, and stopped by a sheet of paper or human skin.
  • Beta particles]: High-energy electrons (or positrons) emitted during beta decay. They are lighter and more penetrating than alpha particles, stopped by a few millimeters of aluminum.
  • Gamma rays]: High-energy photons emitted from the nucleus after alpha or beta decay. They are extremely penetrating, requiring fish lead or concrete for shielding.

ولاحظ بيكريل نفسه أن الإشعاع يمكن أن يُؤيّن الغازات، ولاحظ أن نشاط اليورانيوم ما زال مستمراً لا مثيل له في الأشعة الفوسفورية، الذي يُبطل بمرور الوقت، وفي عام 1903، نشر دراسات مفصلة عن انحراف هذه الأشعة في الحقول المغناطيسية، مما يساعد على التمييز بين المكونات المختلفة، كما أن ظاهرة الديكة المشعة قد استحدثت مفهوم نصف الحياة، وهو ما يُستخدم حالياً في كل مادة إذاعية.

المجاملة والتطبيقات

وقد أدى اكتشاف النشاط الإشعاعي إلى تغيير العلم والمجتمع، حيث انتشر تطبيقاته عبر الطب والطاقة والجيولوجيا، بينما يشكل أيضا مخاطر جديدة تتطلب قيادة دقيقة.

الطب

وفي غضون عقد من اكتشاف بكريل، بدأ الأطباء يشعون الأورام بأنبوبة الإشعاع والأشعة السينية، مما يؤسس مجال الأورام الإشعاعية، أما وحدة النشاط الإشعاعي، والجهاز التشخيصي " SLT:0 " (Bq) (Bq) ([FLT: Radio1]) فتُعرَّف بأنها مسحة واحدة من الديغي في الثانية، تحل محل الوحدة الأكبر سنا، وسرطان.

الطاقة

إن الانشطار المراقب لليورانيوم - ٢٣٥ في المفاعلات النووية ينتج كميات كبيرة من الكهرباء الخالية من الكربون، ولكنه أيضا نفايات مشعة يجب عزلها لشهرينيا، كما أن نفس العلم الذي أعطانا الطاقة النووية مك َّن الأسلحة النووية - وهي تركة مزدوجة الأركان لا تزال تشكل السياسة العالمية، وإجراء بحوث في مفاعلات الهرمونات، والوعود بالتدخين لتوسيع نطاق اكتشاف بيكيرل إلى مستقبل أنظف للطاقة.

الأدوات العلمية

ويعطي التحلل الإشعاعي ساعة طبيعية لمواد المواعدة، ويستخدم مواعدة الكربون 14، التي اخترعها ويلارد ليبي في عام 1949، التحلل المستمر لـ (14) ]C لتحديد عمر الرفات العضوية حتى حوالي 000 50 سنة، ويمكن أن تقيس المواعدة بين الفينوس والفينولوجيينات التي تفصل بين بلايين السنوات، مما يساعد على تأريخ الأرض نفسها.

السلامة والخطر

ولم تفهم على الفور المخاطر الصحية للإشعاع، فقد قام رسامو المراقبة في قطر العشرينات من القرن العشرين بغسل فرشاتهم وإصابة سرطان العظام بعد ذلك، وقام بيكيرل نفسه، وهو يحمل عينة من الإشعاع في جيبه الأوفر، بتطوير حروق على صدره، ولكنه لم يربطه بالأشعة، وفي العشرينات، قام علماء مثل ماري كوري بتجربة آثار حمائية طويلة الأجل.

ويُحتفى باسم بكريل في متحف هنري بكيريل بالقرب من باريس، ويُسجل إرثه في سيرة " بيسلوغرافيا جائزة نوبل " وفي وحدة النشاط الإشعاعي التي تحمل اسمه.

السمة الحديثة: البحث المستمر

وقد أطلق اكتشاف بكريل ثورة علمية مستمرة في التسريع، ففتح المجال النووي - فيزيائيات - أعطانا معلومات عن هيكل المادة، وطاقة النجوم، وأصول الكون، وتتبع مسرعات الجسيمات الحديثة وأجهزة الكشف خطها إلى لوحاتها وكمياتها الكهربائية من أواخر عام ١٨٩٠، ووفرت الطب الإشعاعي المصاحب للحياة البشرية.

كما أن عمله ألهم أجيال العلماء: ماري كوري، التي أصبحت الشخص الوحيد الذي يفوز بجائزة نوبل في علمين؛ إرنست روثرفورد، الذي اكتشف النواة الذرية؛ وإنريكو فيرمي، الذي قام ببناء المفاعل النووي الأول؛ وجائزة نوبل لعام 1903 كانت جائزة مشتركة، ولكن الاكتشاف الأساسي ظل وحده هو البكريل، واليوم، يواصل الباحثون استكشاف خصائص النسيج النووي النادرة.

وبالنسبة للمهتمين بالسياق التاريخي الأوسع، يقدم Henri Becquerel’s biography at Encyclopedia Britannica استعراضاً مفصلاً.() وتتتبع صفحة الوكالة الدولية للطاقة الذرية المتعلقة بالتاريخ الإشعاعي تطور علم الإشعاع.

خاتمة

إن اكتشاف هنري بيكريل للنشاط الإشعاعي لم يكن إنجازا مخططا له، بل كان ثمرة ملاحظة قوية وصدق فكري عندما ظهر غير متوقع، وقد هدم عمله مفهوم الذرة غير القابلة للتغيير وأرسى الأساس لفرع جديد تماما من العلوم، ومن العلاجات الطبية إلى الطاقة النووية، ومن تاريخ القطع الأثرية القديمة إلى استكشاف العالم دون المتغير، فإن الإشعاع الذي اكتشفه الكائن البشري لأول مرة في القرن لا يزال مستمرا.