كرتون بين المجرات لإلهام الأطفال

تعاون بين غوغل وديزني لإنتاج كرتون بين المجرات لإلهام الأطفال أن يهتموا بالبرمجة

لا يمكن أن يكون التعليم هو مجرد تلقين بسيط للمعلومات ضمن صفٍ مدرسي، وبفضل التقنيات الحديثة التي أصبحت متوافرة، فضلاً عن تطور مجال الرسوم ثلاثية الأبعاد والأفلام الكرتونية، فقد أصبح أمام القائمين على العملية التعليمية خياراتٍ واسعة يستطيعوا الاستعانة بها.

بالنسبة لشركة مثل غوغل، فإنها اليوم أحد أبرز الشركات التقنية العالمية، بدءاً من خدماتها الرائعة على الإنترنت، مروراً بتطويرها لنظام الأندرويد الخاص بالهواتف والأجهزة الذكية، وصولاً إلى مشاريعها المتنوعة، مثل مشروع بناء حاسوبها الكمومي، أو مشروع نظارات غوغل وسيارة غوغل الذكية، أو حتى مشاريع أخرى تتعلق بالطب والصحة(اضغط هنا و هنا ).

الآن، كيف يمكن أن تقوم شركة مثل غوغل بتنشيط العملية التعليمية؟ تستطيع البدء من جعل المفاهيم العلمية والتقنية بسيطة ومحببة لدى الأطفال، فلو سألت اليوم طفلاً عن شعوره تجاه كلمة “مبرمج” فإنه غالباً سيشعر بالنفور، أو الخوف، نظراً لأن الكلمة تحمل بالنسبة له دلالات بأمورٍ صعبة ومرهقة، بخلاف طبيعته الفطرية التي تميل للعب والاستمتاع. كيف يمكن أن تجعل البرمجة أمراً محبباً بالنسبة للطفل؟ الأمر بسيط، قم بنقلها للواقع والممارسات التي يحبها! مثل مشاهدة أفلام الكرتون مثلاً!

قد يكون هذا الكرتون للأطفال ولكنه مُمتع للكبار أيضاً. قامت غوغل بالتّعاون مع شركة ديزني لصناعة سلسلة كرتون تدعى “مايلز من أرض الغد” لتُلهم الأطفال أن يقوموا بتعلّم البرمجة.

تحصل هذه المغامرة في الفضاء الخارجي حيث يكتشف “مايلز” المجرّة مع عائلته وصديقه المفضل. تنضم عائلة مايلز له في رحلته حيث تتكون عائلته من أمه وقائد السفينة فيبي، ووالده المهندس الميكانيكي ليو، وأخته المهووسة بالتقنية لوريتا، وصديقه المُفضل وروبوته الأليف ميرك. البرنامج ليس مُصمماً فقط لإثارة اهتمام الأطفال بالفضاء بل وبالبرمجة أيضاً، العمل الجماعي، التفكّير النقدي والاكتشاف. استعان صانعوا البرنامج بمُستشارين من وكالة الفضاء والطيران الأمريكية “ناسا NASA”، بالإضافة لمُجتمع السياحة الفضائية، وغوغل أيضاً من أجل الحفاظ على واقعية البرنامج.

سيقوم بأداء الأصوات مجموعة استثنائية من المُمثلين بالإضافة إلى العالم الشهير Bill Nye.

يذكر أن المشاريع التعليمية التي تهدف إلى تبسيط العلوم والتقنية للأطفال قد شهدت اهتماماً متزايداً في الفترة الأخيرة، ولعل أشهر هذه المشاريع هي “روبوتات ليغو” التي قامت ليغو بتطويرها لجعل مفهوم الأنظمة الروبوتية محبباً لدى الأطفال، وهو من أنجح المشاريع حتى الآن بهذا المجال.

المصدر: Geek Wire

كيف يعمل فرن الميكروويف فيديو وثائقي

الميكروويف 

شهدت صناعة الأدوات الكهربائيّة المنزليّة تطوّراً كبيراً في السنوات القليلة الماضية، لنجد أنّ هناك كماً كبيراً من الأجهزة الكهربائيّة التي تساعد ربّة المنزل والمرأة العاملة على القيام بواجباتها اليومية تجاه أسرتها وتسهل عملها المنزليّ، وتوفرعليها وقتاً وجهداً كبيرين أثناء القيام بالواجبات المنزليّة فصارت تلك الأجهزة بمثابة العصا السحريّة، ونتيجة للتطوّر العلميّ والتقني والذي قاد ثورة في كافّة المجالات الصناعيّة فقد وفّر بذلك فرص عمل كثيرة وتشغيل أيدٍ عاملة لتصنيع تلك الأجهزة وبجودة عالية وهذا ساعد في ازدهار الاقتصاد العالميّ بشكل كبير، وهناك العديد من الأجهزة الكهربائيّة التي تتواجد بشكل أساسيّ في كل منزل ولا يستطيع أحد الاستغناء عنها كالثلاجة، والغسالة، المكواة والتلفاز، والخلاط الكهربائيّ والكثير من الأجهزة التي يلزم وجودها الحتمي في كلّ منزل، ولكن هناك أيضاً أجهزة جديدة ظهرت منذ سنوات ومن الواجب معرفة ماهيتها ومدى أمانها على الصحة العامة ومنها - الفرن الكهربائيّ أو مايسمّى الميكروويف. 

قصة فرن الميكروويف

 كان العالم الأمريكيّ بيرس سبنسر يعمل بصناعة أجهزة الردار في عام 1946، وعندما مدّ يده الى جيبه باحثاً عن شئ يأكله فوجئ بأن قطعة الشوكولاته التي في جيبه قد ذابت ولوثت ملابسه على الرغم من انخفاض درجة حرارة الغرفة التي يعمل بها، عندها وجد سبنسر أنّ الشوكلاتة قد انصهرت بسبب وجوده بجانب الصمام الإلكتروني الذي كان يشغل من خلاله جهاز الردار،

 - فكر بذلك ثمّ أحضر كيساً من " بذور الذرة" ووضعها الى جانب الصمام الإلكتروني، فراحت حبات الذرة تنفجر وتتناثر في أرضيّة الغرفة، 

عندها تأكّد سبنسر أنّ موجات الراديو القصيرة أو ما يسمّى بالميكروويف هي سبب ذلك، وفي عام 1953 ظهر أوّل ميكروويف في الأسواق وقد كان وزنه ثلائمة وخمسين كيلو غراماً وحجمه كبير بحجم الفرن الكبير واقتصر عمله وقتها على الفنادق والمطاعم الكبيرة، ثم بعد ذلك طرأت تغييرات وتحسينات على صناعة الميكروويف فصار أصغر حجماً حتى أصبح من السهل وضعه في الأماكن الصغيرة في المطبخ. 

* مبدأ عمل فرن الميكروويف

 إنّ مبدأ عمل الميكروويف يقوم على مجموعة من التركيبات المتداخلة من الدوائر الكهربائيّة مع الأجهزة الميكانيكيّة وهذه تعمل على إنتاج الطاقة اللازمة لتسخين وطهي الطعام، إنّ الأشعة المستخدمة في فرن الميكروويف هي أشعة الراديو المستخدمة بكثير من الأجهزة الكهربائية لذا فهي لا تشكل أي خطورة على الأنسان، أشعة الردايو لا تخرج من باب فرن الميكروويف نتيجة نظام الحماية المزود في الفرن، كما أنّ لها خاصيّتين هامتين هما:

(*)  أشعة الردايو يمتصها الماء، والمواد الدهنيّة، والموادّ السكريّة، وهذا يعني أنّ جزئيات تلك المواد تمتصّ أشعة الردار، وامتصاص هذه الأشعة تكسب الأشعة طاقة تجعلها تتذبذب بدرجة كبيرة مع بعضها البعض وتتصادم لتتنتج الطاقة اللازمة لتسخين الطعام. 

(*)  المواد البلاستكيّة بجميع أنواعها، الزجاج، والسيراميك، والفخار، لا تمتصّ أشعّة الميكرويف ولا تتأثّر بها، لكن الموادّ المعدنية تعمل على ارتداد الأشعة وبالتالي ضرب الدوائر الإلكترونية وتلف الجهاز.

عالم يُعرض حياته للموت لإثبات مفهوم فيزيائي (فيديو)

قام عالم فيزياء بتجربة مدهشة عرّض فيها حياته للموت من أجل إثبات مفهوم علمي.
في هذه التجربة أثبت الفيزيائي "أندرياس فاهل" في تجربة تم تصويرها في شريط فيديو كيف أن سرعة الرصاصة تتباطأ تدريجيا عندما تطلق من تحت الماء، خلافا لما يُعرض في الأفلام وألعاب الفيديو، التي تبين أن الرصاص ينطلق تحت الماء بقوة هائلة في خط مستقيم.
وقرر فاهل في تجربته المخاطرة بحياته أمام مجموعة من المشاهدين، لإثبات المفهوم العلمي لصحة نظريته.
ويظهر فاهل في التجربة واقفا في منتصف حمام السباحة، ثم يسحب زناد بندقية 1.5M لتنطلق منها طلقة نارية نحو صدره، ويعرض الفيديو كيف تفقد الرصاصة سرعتها قبل أن تهوي إلى القاع، من دون حتى أن تصل إلى منتصف الطريق بسبب المقاومة تحت الماء.
وطبقا للعالم الفيزيائي، فإن جزيئات الماء أقرب من جزيئات الهواء، مما يشكل عقبة كبيرة لحركة الرصاصة تحت الماء.

أغرب الأشياء التي تحدث كل ثانية في العالم..

أغرب الأشياء التي تحدث بالعالم كل ثانية

#1 في كل ثانية، يتم إستهلاك 10،450 زجاجة كوكا كولا 

 #2 في الثانية الواحدة، تقطع الرصاصة 900 متر 

 #3 في كل ثانية، يضرب البرق سطح الأرض 6 مرات 

 #4 في الثانية الواحدة، تهز النحلة اجنحتها 270 مرة 

 #5 في كل ثانية، يولد 6 أطفال حول العالم 

Tweet Follow @almelhem

حساب سرعة الضوء

حساب سرعة

الضوء بعد أن حسم العلماء - بعد لأي - قضية محدودية سرعة الضوء، وحدّدوها بما يقل قليلاً عن ثلاثمائة ألف كيلومتر في الثانية الواحدة، طفقوا يحاولون حل أحجية أخرى، تتعلق بكيفية انتشار الضوء. ماذا عساه يكون الوسط المسئول عن انتقال الضوء؟! كان العلماء على بيّنة من أن الصوت يمكنه الانتقال عبر أوساط متباينة، فالناس في ثرثرتهم يطلقون الموجات الصوتية لتنتقل عبر الهواء - وهو غاز - والحيتان تغني لبعضها في الماء - وهو سائل - ونحن بوسعنا أن ننصت لصوت اصطكاك أسناننا المنتقل عبر وسط من العظام الصلبة ما بين الأسنان والأذنين.
تجربة أوتو فون جوريك سنة 1657

وبوسع الضوء أن ينتقل بالمثل خلال الغازات والسوائل والأجسام الصلبة، كالهواء والماء والزجاج. بيد أن هناك فارقا جوهريّا بين انتقال الضوء والصوت، ذلك الفارق الذي أوضحه العالم «أوتو فون جوريك» Otto Von Guericke ضمن سلسلة من التجارب الشهيرة التي أجراها عام 1657 بمدينة ماجدبورج Magdeburg الألمانية. أفرغ فون جوريك من الهواء آنية زجاجية محتوية على ناقوس يُصدر رنينا. ومع سحب الهواء من داخل الآنية، لم يعد بمقدور الحضور سماع صليل الناقوس، وإن ظل باستطاعتهم رؤية ذراع الناقوس وهي تقرعه. كان من الواضح - تبعا لذلك - عدم إمكانية انتقال الصوت في الفراغ. وفي ذات الوقت، أظهرت التجربة أن بمقدور الضوء أن ينتقل في الفراغ (فالناقوس لم يختف، والآنية لم تُظلمْ). ومادام بوسع الضوء أن ينتقل - على غير المألوف - خلال الفراغ، فهناك شيء ما ينقل الضوء عبره.

ميكلسون

شرع العلماء - حيال هذا التناقض الظّاهري - في التساؤل عما إذا كان الفراغ «خاويًا» تماما، أم أن هناك شيئا آخر متبقيا به، يمثّل الوسط الذي ينقل الضوء؟! وبحلول القرن التاسع عشر، كان الفيزيائيون قد تبنّوا فكرة أن الكون برمّته تتخلله مادة ما، أطلقوا عليها اسم «الأثير» Ether، وأنها - بكيفية ما - تؤدي دور الوسيط الذي يحمل الضوء. خلع الفيزيائيون على هذا الوسط - وفقًا لتصوراتهم - صفات فريدة. فهو مادة ضئيلة الكثافة بصورة استثنائية؛ فهي أخف من الهواء ملايين الملايين من المرات، بحيث إن ضآلة كثافتها لا تؤهلها لبذل أي مقاومة لحركة أي جسم يمرق خلالها. وهي شفافة، وخاملة من الناحية الكيميائية، وتنعدم معامل الاحتكاك بها. وهي منتشرة حولنا في كل مكان، وإن كان استشعارها من الصعوبة بمكان. وبالرغم من كل هذه العقبات، اعتقد «ألبرت ميكلسون» Albert Michelson، وهو أول أمريكي يحرز جائزة نوبل في الفيزياء، أن بمقدوره إثبات وجود الأثير.
أوتو فون جوريك

كان والدا «ميكلسون» اليهوديان قد لاذا بالفرار من الاضطهاد المسلّط عليهما في بروسيا، وذلك عام 1845 عندما كان «ألبرت» يبلغ من العمر عامين فقط. وقد ترعرع في سان فرانسسكو ودرس بها، قبل أن يمضي ليلتحق بأكاديمية الولايات المتحدة البحرية، حيث تخرج - وكان ترتيبه الخامس والعشرين - ضمن رجال الأسطول البحري، وإن جاء ترتيبه الأول في مادة «ضوئيات»، مما حدا بالمشرف على الأكاديمية لأن يقول له: «لو أنك - مستقبلا - أوليت اهتماما أقل بالأمور العلمية، واهتماما أوفر بشئون المدفعية البحرية، فربما أصبحت ذا نفع لبلادك». على أية حال، فقد تحول «ميكلسون» ليصبح باحثا متفرغا في الضوئيات. وفي سنة 1878 - وهو بعد في الخامسة والعشرين - قدر سرعة الضوء بالمقدار299910 كم/الثانية، وهو الرقم الأدق عشرين مرة من كل التقديرات السابقة له. بعدئذ، صمم «ميكلسون» في عام 1880 التجربة التي كان يأمل من خلالها في إثبات وجود مادة الأثير الحاملة للضوء.
كان جهازه مصمما بحيث يقسم حزمة مفردة من الضوء، إلى شعاعيْن منفصليْن متعامديْن، أحدهما يتحرك في نفس اتّجاه حركة الأرض في الفضاء، في حين يتحرك الآخر في الاتجاه العمودي عليه. كان كلا الشعاعين يذرع نفس المسافة، ثم ينعكس على سطح مرآة. ثم يعود الشعاعان فيتحدان مكوّنيْن شعاعا مفردا. وباندماج الشعاعيْن، تحدث لهما الظاهرة المعروفة «بالتداخل» Interference، التي تتيح لميكلسون أن يقارن بينهما ويتعرف على مدى التباين في زمنيْ انتقالهما.

كان ميكلسون يعرف أن الأرض تتحرك حول الشمس بسرعة خطّية تبلغ نحو 100000 كم/الساعة، وهو ما يعني - افتراضا - أنها تمرق خلال الأثير بنفس هذه السرعة. ولما كان من المفترض أن الأثير وسط ساكن يتخلل كل ما بالكون، فلابد أن يُحدث مرور الأرض به نوعا من «الرياح الأثيرية»، مثل تلك الرياح المتوهمة التي نستشعرها إذ تمرق بنا سيارة مسرعة في يوم غير ذي رياح، فليست هناك رياح حقيقية، وإنما نحن نستشعرها نتيجة تحركنا نحن. من ثم، ومادام الضوء يُحمل ويُنقل بفعل الأثير، فلابد وأن يتأثر بسرعة الرياح الأثيرية. وبتحديد أكثر، لابد أن يتحرك أحد الشعاعين الضوئييْن في تجربة ميكلسون في اتجاه رياح الأثير ثم في عكس اتجاهها، ومن ثم فلابد أن تتأثر سرعته بدرجة محسوسة، في حين أن الشعاع الآخر الذي ينتقل عموديا على الأثير سيتأثر بدرجة أقل. فإذا اختلف زمنا حركة الشعاعيْن، فبمقدور ميكلسون أن يتخذ من هذا التفاوت دليلا قويا يؤيد وجود الأثير.

بحث ميكلسون لتجربته عن أفضل مصادر للضوء، وعن أجود المرايا، واتخذ كل الاحتياطات المتاحة في تصنيع جهازه وتجميعه. وهيّأ كل شيء على أكمل وجه، فضبط منسوب الجهاز واتّجاهه، وصقل المرايا. وإمعانا في زيادة حساسية المعدات والتقليل من الخطأ إلى أدنى حدوده، جعل منظومته تطفو على سطح حوض واسع من الزئبق، بما يعزلها عن أية تأثيرات خارجية، مثل الاهتزازات الناجمة عن وقع أقدام السائرين حتى على مبعدة من جهازه. كان بيت القصيد في هذه التجربة هو إثبات وجود الأثير، ومع كل ما بذله ميكلسون من احتياطات، فقد دهش غاية الدهشة لإخفاقه المطبق في قياس أي فارق في زمنيْ وصول شعاعيْ الضوء المتعامديْن، أو تلمس أية بادرة على وجود الأثير.
وفي سعيه اليائس لاستكشاف مكمن الخطأ، استعان ميكلسون بالكيميائي «إدوارد مورلي» Edward Morley، فأعادا معا تصنيع الجهاز، مُدخليْن التحسينات على كل مكوّناته بما يكفل للتجربة مزيدا من الدقة والحساسية، وأعادا القياسات مرارًا وتكرارًا. وفي خاتمة المطاف، في عام 1887، وبعد سبع سنوات من التجارب المتكررة، أذاعا نتائجهما النهائية القاطعة: ما من دليل على وجود الأثير. تقبّل العلماء تلك النتيجة على مضض، فقد كان وجود الأثير هو السبيل الوحيد الممكن تصوّره لتفسير انتقال الضوء. وحتى ميكلسون امتعض، وألفى صعوبة في تقبّل النتائج التي توصّل إليها بنفسه، إذ تفاقمت أزمة انتفاء وجود الأثير أكثر فأكثر، حيث كان من المفترض أنه أيضا المسئول - إلى جانب حمله للضوء - عن حمل كلا المجاليْن الكهربي والمغناطيسي. وهكذا أثبت ميكلسون - قبل نهاية القرن التاسع عشر - انتفاء وجود الأثير. ومن سخريات القدر أنه - وهو الذي شيد سمعته المهنية على أساس سلسلة كاملة من التجارب الناجحة في مجال الضوئيات - قد حقق فتحه العلمي الأعظم بنتائج تجربة فاشلة.
وهكذا كان إخفاق تجربته، أجدى من نجاحها. فقد كان هدفه الأوحد طوال تجاربه هو إثبات وجود الأثير وليس انعدامه. وقد تقبل الفيزيائيون بعدئذ أن بوسع الضوء أن ينتقل - بكيفية ما - في الفراغ، بصرف النظر عن وجود أي وسط. لقد استلزم إنجاز ميكلسون جهازا مكلفا ذا تصميم خاص، وسنوات من الجهود المضنية. وفي ذات الوقت تقريبا، توصل إلى الخلاصة نفسها عن انعدام وجود الأثير، شاب مراهق بمفرده، دون أن يدري بفتح ميكلسون العلمي، ولكنه لم يتوصّلْ إلى ذلك عن طريق التجريب، وإنما على أساس من الأفكار النظرية المحضة. كان اسم ذلك الفتى.... ألبرت أينشتاين.

طرائف علمية

طرائف علمية

* كلمة النظافة Hygine تأتي من الكلمة اليونانية Hygieia وتعني إلهة الصحة، والنظافة، كما أنها تعني القمر. جسم‎ الانسان هو موطن لحوالي 1000 نوع من البكتيريا. وتوجد على جسم الإنسان أنواع أخرى من الجراثيم، يزيد عددها على عدد سكان الولايات المتحدة الأمريكية.

* الصابون المضاد للجراثيم Antibacterial soap ليس أكثر فاعلية من الصابون العادي في الوقاية من العدوى، ومادة «التريكلوسان» triclosan (وهي من المكونات النشطة) قد تُحدث اضطرابًا في الهرمونات الجنسية.

* عليك أن تحتفظ ببعض الجراثيم: أثبتت دراسة‎ شملت 11.000 طفل أن الإفراط في النظافة الصحية لبيئة ما، يزيد من خطر الإصابة بالإكزيما eczema والربو asthma.

* اشتقت كلمة صابون Soap من الجبل الأسطوري Mount Sapo، وتذكر الأسطورة الرومانية أن الصابون تكون على هذا الجبل من بقايا دهون الحيوانات المذبوحة التي تصل إلى نهر تيبر Tiber River، مكونة الشكل البدائي للصابون الذي استخدمته النساء في الغسيل.

* كان قدماء المصريين والأزتيك (حضارة المكسيك) يقومون بحك الجلد بالبول لعلاج الجروح والحروق. ومن المعروف اليوم أن اليوريا Urea، وهي مادة كيميائية أساسية في البول، لديها القدرة على قتل الفطريات والبكتيريا.

* حققت النظافة نصرًا صغيرًا في إنجلترا بالقرون الوسطى، عندما قرر الملك هنري الرابع أن على الفرسان الاغتسال مرة واحدة على الأقل في حياتهم – عند الاحتفال بطقوس تنصيب الفارس!

* فازت أخيرًا طالبة بالصف السابع بالمعرض العلمي بمدرستها في ولاية فلوريدا، بعد أن أثبتت أن البكتيريا الموجودة في ماكينات صنع الثلج بمطاعم الوجبات السريعة أكثر مما يوجد في مياه المراحيض.

* يتلوث الطعام على الفور عند وقوعه على الأرض؛ فالبكتيريا لا تحتاج إلى أي وقت، ولا حتى 5 ثوان، لتؤدي عملها.

* فرشاة الأسنان هي اختراع صيني يعود إلى عام 1498. على أن تنظيف الأسنان لم يصبح معتادًا في الولايات المتحدة إلا بعد أن تم فرضه على الجنود في الحرب العالمية الثانية.

نرمين زغلول إبراهيم

تحويل أية غرفة إلى كاميرا ابتكار مفيد لعالم الجريمة

«قرّب الصورة، حسِّنها هنا قليلاً، عالِج هذه المنطقة. حسنا، هذا هو وجه المتهم!».

الذين يشاهدون حلقات المسلسل البوليسي CSI يعرفون بالطبع هذه المشاهد، حين يقوم رجل يجلس أمام الكمبيوتر بتحسين الصور شديدة التشوّش حتى يظهر وجه المتهم واضحا جليّا، وهي مشاهد مثيرة للغيظ في الحقيقة، لأن هذا غير ممكن فعليا. لكن التكنولوجيا تعدنا دائما بتحويل غير الممكن إلى ممكن! ويصبح هذا غير الممكن ممكنا إذا نظرنا إلى مسرح الجريمة، أو أية غرفة عموما، على أنها كاميرا بدائية ذات حجرة مظلمة، مثل الكاميرات البدائيّة القديمة التي كانت تستخدم في القرن التاسع عشر وما قبله. عندما يأتي الضوء عبر نافذة الغرفة فإنه يخلق ظلالا تنعكس على الجدار المقابل، هذه الظلال في الحقيقة هي صور للعالم خارج النافذة، حيث تقوم النافذة هنا مقام فتحة عدسة الكاميرا، لكنها هنا عدسة رديئة لأنها تأتي بصور مشوّشة. الضوء القادم من النافذة أيضا يكون شديد التشتُّت بحيث لا تصبح الصور قابلة للرؤية. «أنطونيو تورالبا» و«وليم فريمان» هما عالما كمبيوتر من معهد ماساتشوسيتس للتكنولوجيا، وقد ابتكرا طريقة لتحسين جودة الصور التي تنعكس على الحائط بدرجة كبيرة جدًا، بحيث يمكن استخلاص أشياء مفهومة منها. ولنفهم الأمر يجب أولا أن نفهم كيف تعمل الكاميرا في أبسط صورها: تتكوّن الكاميرا من حجرة مظلمة لها ثقب ضيق لا يسمح سوى بعدد محدود من أشعة الضوء بالمرور، وتؤدي الأشعة المارة إلى تكوين صورة مقلوبة على الجانب المقابل للثقب، وتعتمد جودة الصورة على الحجم النسبيّ لكل من الحجرة والثقب. الثقب الكبير – مثله مثل النافذة الكبيرة – يؤدي إلى دخول الكثير من الضوء مما يؤدي إلى تضَبُّب الصورة بسبب تراكب أشعة الضوء فوق بعضها البعض، وكلما صغرت فتحة الثقب/ النافذة قلما قلّت فرصة حدوث التراكب، وبالتالي كانت الصورة أوضح. التقنيّة المُبتَكَرة الجديدة، والتي تصلح لأية غرفة عادية، تعتمد على وجود صورتين – سواء كانتا ثابتتين أو متحركتين (فيديو) – بشرط أن تحتوي إحداهما على عنصر إضافي أمام النافذة يحجب بعضا من الضوء. تعتمد التقنية على برنامج كمبيوتر مطوَّر يقوم بطرح شدة الضوء من إحدى الصورتين، اعتمادًا على قيامه بالتعرف على أية أشعة ضوء قد تم حجبها بواسطة العنصر الإضافي الموجود في إحدى الصورتين، وعندما يستطيع النظام – بطريقة حسابية - أن يفرق بين الأشعة التي تم حجبها والأشعة الأخرى، فإنه يستطيع أن يتظاهر بأن هذه الأشعة المحجوبة هي الأشعة التي نفذت من ثقب الكاميرا الافتراضية، وبالتالي فالصورة ستكون واضحة بعد التخلص من تراكب أشعة الضوء الذي كان موجودا. بهذه التقنية يمكن التوصل إلى شكل العالم خلف النافذة في وقت ما، وما إذا مر شخص ما – أو سيارة – من أمام النافذة في وقت معين. هذه التقنية الجديدة ستكون مفيدة جدًا في مجالات الطب الشرعي، وهي أفضل كثيرًا مما نراه على شاشة مسلسل CSI، وعندها لن تصبح تلك المشاهد التي يقوم فيها الرجل الذي يجلس أمام الكمبيوتر بتحسين الصورة مثيرة للغيظ!.

د. ميشيل حنا

حساب مربعات الأعداد

حساب مربعات الأعداد
توجد طريقة بسيطة وسهلة لحساب مربعات الأعداد

التي يكون آحادها هو الرقم 5

والطريقة كالتالي

نحذف الرقم 5 (الآحاد)ونضرب باقي العدد بالعدد نفسه بعد اضافة العدد واحد له

ونضع العدد 25 على يمين الجواب وبالتالي نكون قد حصلنا على مربع العدد الأصلي مثال:

15*15

1- نحذف الرقم 5 ، يتبقى لدينا 1
2- نضرب الرقم المتبقي في نفسه بعد أن تضيف إليه 1 أي 1 (1+ 1)=1*2 =2
3-نضع 25 على يمين العدد 2 فنحصل 225 يمكننكم تجلربتة هذه الطريقة للحساب مربعات كل الأعداد
التي تبدأ بالرقم 5


مثال آخر

65*65

*نحذف ال 5 فيبقى ال6

*نحسب 6*(6+1)=42

* نضع 25 على يمين الجواب السابق فينتج لدينا العدد 4225

وهو مربع العدد 65

طبعا مافي لاسحر ولا شي .

ولكن السؤال اللي بدي أطرحه ماهو البرهان الرياضي على الخوارزمية الموضوعة سابقا؟


الطريقة المذكورة تصلح لأي عدد آحاده العدد خمسة وليس فقط للعدد المكون من خانتين
مثال ثالث :
125*125 = (12*(12+1))(25)= 15625

برهان رياضي آخر على هذه الطريقة:
ليكن العدد هو x وآحاده العدد 5 اذا يمكننا كتابة x بالشكل
X=(10Y+5)

X^2 = (10Y+5)^2
= 100Y^2+100Y+25
= 100Y(Y+1)+25

X^2=[Y*(Y+1)][25]

طبعا يمكننا تعميم هذه الطريقة مهما كان العدد فنحصل على
X=(10Y+a)

X^2 = (100Y^2+20aY+a^2)
= 100Y(Y+2a/10))+a^2

X^2 = [Y*(Y+2a/10)][a^2]

تطبيق عملي:
152^2 = [15*(15+2*2/10)][2^2]
= [15*(15+0.4)][04]
= [15*(15.4)][04]
= [231][04]
= 23104

طبعا الطريقة بشكل عام ستكون صعبة التطبيق
لكنها عملية بسيطة عندما يكون آحاد العدد هو الرقم 5


طريقة التحقق من صحة الضرب.
178
x 383
= 68174

1- اجمع أرقام العدد الأول حتى تحصل على رقم وحيد: 8+7+1 = 16، 6+1=7
2- اجمع أرقام العدد الثاني حتى تحصل على رقم وحيد: 3+8+3=14، 4+1=5
3- اجمع أرقام الناتج حتى تحصل على رقم وحيد: 4+7+1+8+6=27، 6+2=8
4- اجمع أرقام ناتج ضرب الخطوة 1و2 حتى تحصل على رقم وحيد: 5×7=25 --, 5+3=8

إذا تطابق الناتج في 3 و 4 كان الضرب صحيح وإلا فلا.

والمطلوب: برهان (وهو بسيط).


على فكرة طريقة التحقق من صحة الضرب

عدد قليل من الشباب في أيامنا هذه يعرفونها فقط

مع انها كانت منتشرة لدى الكبار (الجيل اللي قبلنا)

يعني والديّ هم اللذين اخبروني بهذه الطريقة وهي طريقة سهلة وفعالة عادة.

ولم افكر حتى بان اثبت صحتها ولكنني سوف أحاول

بس احببت ان اضيف انه (في الطريقة) وكما علمني اياها والدي

عندما نحصل على رقم 9 نستبدله فورا بالعدد 0 ربما ذلك لتسريع عملية التحقق.

فمثلا في مثالك السابق 8+1+7 نقوم فورا بنسيان العددين 8،1 لأن مجموعهما العدد 9 ويبقى لدينا

العدد 7 فقط .


ليكن لدينا مايلي
x=[x1][x2]

y=[y1][y2]

حساب جداء مجموعي ارقام العددين
مجموع ارقام العدد الأول x هو x1+x2
مجموع ارقام العدد الثاني y هو y1+y2
## P=(x1+x2)*(y1+y2) =x1y1+x1y2+x2y1+x2y2

حساب مجموع أرقام جداء العددين
x=10*x1+x2
y=10*y1+y2
x*y=100*x1y1+10(x1y2+x2y1)+x2y2
x*y=[x1y1][x1y2+x2y1][x2y2]

طبعا هنا في الطريقة نقوم باهمال منزلة كل عدد
وبالتالي نحصل على
مجموع ارقام الجداء x*y هو
x1y1+x1y2+x2y1+x2y2=P ##
و.هـ.مـــ

طبعا الطريقة صحيحة مهما كان عدد مراتب العددين

الفيزياء النظرية و الفيزياء التجريبية

مجالين متكاملين وهما الفيزياء النظرية أو الفيزياء التجريبية
الفيزياء النظرية Theoretical Physics هي أحد فروع الفيزياء التي توظف النماذج الرياضية والتجريدات للمعادلات الفيزيائية في محاولة لفهم الطبيعة واستخراج القوانين الفيزيائية التي تفسر سلوك الأجسام الطبيعية والهدف من ذلك هو تفسير الظواهر الفيزيائية ومن ثم التنبؤ بها. أحد أهم أقسام الفيزياء النظرية الفيزياء الرياضية 1, مع أن هناك تقنيات اصطلاحية أخرى تستخدم أيضا. الهدف هو بناء إطار منطقي متماسك يشرح ويتنبأ بالظواهر الفيزيائية. تطور وتقدم العلوم بما فيها الفيزياء يعتمد أساسا على العمل على النظريات مع التجارب العلمية.
نظريات رئيسية (معتمدة)
نظريات التيار العام أو التظريات المعتمدة هي النظريات التي يشار لها أيضا بالنظريات المركزية وهي أساس المعرفة الفيزيائية ووجهات النظر العلمية الرسمية المقبولة من قبل معظم المجتمع العلمي، تتمتع هذه النظريات بتأكيدات تجريبية قوية وتناسق علمي قوي يمكنها من تقديم تفسيرات للكثير من الظواهر تتمتع بالتوافق مع النظريات العلمية الأخرى والملاحظات التجريبية والأرصاد وبياناتها.

امثلة
علم الكون الفيزيائي Physical Cosmology
الميكانيكا الكلاسيكية Classical Mechanics
فيزياء المادة المتكثفة Condensed Matter Physics
المادة المظلمة Dark Matter
الكهرومغناطيسية Electromagnetism
نظرية الحقل Field Theory
ديناميكا الموائع Fluid Dynamics
فيزياء الجسيمات Particle Physics
ميكانيكا الكم Quantum Mechanics
نظرية الحقل الكمي Quantum Field Theory
الكيمياء الكهربائية الكمية Quantum Electrochemistry
نظرية النسبية الخاصة Special Relativity
نظرية النسبية العامة General Relativity
النموذج العياري Standard Model
الميكانيكا الإحصائية Statistical Mechanics
الديناميكا الحرارية Thermodynamics
علم الكون الجسيمي Particle Cosmology
نظريات مقترحة
النظريات المقترحة هي النظريات الحديثة نسبيا التي تتعامل مع دراسة الفيزياء بما في ذلك المقاربات العلمية والوسائل لتحديد وثوقية النماذج وأنماط جديدة من الاستنتاج المستخدم للوصول إلى النظرية. على كل حال بعض النظريات المقترحة تتضمن نظريات تم تداولها لعقود وتتناول مناهج بحث واستكشاف واختبار. ويمكن للنظريات المقترحة أن تتضمن نظريات هامشية في طريقها لتصبح معتمدة (وأحيانا تلقى قبولا واسعا). وعادة النظريات المقترحة لا تكون قد تم اختبارها بعد.
أمثلة
الطاقة المظلمة Dark Energy أو ثابت أينشتاين الكوني.
جسر أينشتاين-روزين Einstein-Rosen Bridge
الانبثاق Emergence
نظرية التوحد الكبرى Grand Unification Theory
الثقالة الكمية الحلقية Loop Quantum Gravity
نظرية - إم M-Theory
نظرية الأوتار الفائقة String Theory
التناظر الفائق Supersymmetry
نظرية كل شيء Theory of Everything
نظريات هامشية
النظريات الهامشية تتضمن مجموعة توجهات وتفسيرات ذات صبغة علمية لكنها في طريقها لتصبح نظريات مقترحة أو معتمدة. تتضمن هذه النظريات على الكثير من الحقائق العلمية المشكوك بها يمكن لهذه النظريات أن يتم تقديمها وفقا لإثباتات معينة رصدية أو تجريبية وأن تقدم مجموعة من التنبؤات المقبولة لكنها بمجملها لا تتوافق مع غيرها من النظريات المعتمدة أو أنها ما زالت تستند للكثير من الحقائق والأفكار التي ما زالت مشكوكا بها.

بعض هذه النظريات الهامشية يمكن أن تتحول لاحقا لتصبح نظرية مقبولة ضمن نظريات الفيزياء المعتمدة ونظريات هامشية أخرى قد يثبت عدم صحتها. بعض النظريات الهامشية تكون جزءا من العلوم البدئية وأخرى تكون جزءا من العلوم الزائفة. يمكن أن يتبين أحيانا خطأ إحدى النظريات المعتمدة في الفيزياء عند الانتقال لمجال آخر من الطبيعة أو اكتشاف تقنيات ووسائل قياس واختبار أدق مما يقود لصياغة نظرية جديدة.

أمثلة
نظرية الثقالة الديناميكية Dynamic Theory of Gravity
نظرية الحالة المستقرة Steady State Theory
ما وراء النظرية أو نظرية ميتاMetatheory

<<< فيزياء تجريبية >>>
الفيزياء التجريبية (بالإنكليزية: Experimental physics) هي الفيزياء التي تتعامل مع التجارب والأرصاد التي تخص الظواهر الفيزيائية/الطبيعية، بخلاف الفيزياء النظرية التي تتعامل مع نتاج الرصد والتجارب فقط محاولة تفسيرها رياضيا دون اللجوء لتجارب أخرى.

الفيزيائيون التجريبيون يميلون لاختراع وسائل تجريب جديدة وانماط جديدة من التجارب ووسائل القياس ليبرهنوا عن صحة فكرة أو نظرية ما.

1.الخط الزمني للميكانيكا الكلاسيكية
2.الحط الزمني للكهرومغناطيسية والبصريات الكلاسيكية
3.الخط الزمني للنسبيبة والفيزياء الثقالية
4.الخط الزمني للاندماج النووي
5.الخط الزمني لحقول إشعاع الخلفية
6.الخط الزمني لتكنولوجيا فيزياء الجسيمات
7.الخط الزمني لميكانيكا الكم والفيزياء النووية والجزيئية وفيزياء الجسيمات
8.الخط الزمني لحالات المادة وانتقالات الطور
9.الخط الزمني للتحريك الحراري والميكانيكا الإحصائية
10.الخط الزمني لاكتشافات الجسيمات

فيزيائيون تجريبيون
غاليليو غاليلي
مايكل فاراداي
إرنست ماخ
إرنست ردرفورد
ويلهيلم كونراد رونتجن
هنري بكريل Henri Becquerel
ماري كوري
جوزيف جون تومسون
ماكس فون لاو Max von Laue

ويليام لورنس براغ
ألبرت أبراهام مايكلسون Albert Abraham Michelson
روبرت أندريوس ميليكان Robert Andrews Millikan

اساسيات التبريد والتكيف

اساسيات أعمال التكييف أعمال التكييف
عناصر الراحة في المكان
1- درجة الحرارة
وهي تركيز الحرارة أو مستوى الحرارة في مادة ما ، و تشييد إلى مدى سخونة أو دفئ أو برودة الجسم أو المادة .
مثلا درجة حرارة الجسم للإنسان في الراحة و التمارين هي من 97ف° إلى 100 ف° و عليه مثلا عندما تكون درجة الحرارة
93 ف° مع نسب رطوبة 75 % نحس بعدم الراحة و الضيف و ذلك لأن الجسم يعمل بجهد للوصول إلى حرارة 98,6 ف° و التي تساوي 37 درجة سيليزي لذلك تتم تحديد قيمة درجة الحرارة التي تستعمل للراحة في كثير من الدول عند التصميم هي :
أ- صيفا 78 ف° و الرطوبة 50%
ب- شتاء 68 ف° و رطوبة 20 %
2- الرطوبة
الرطوبة هي العنصر الثاني للراحة بعد الحرارة في تصميم التكييف حيث انخفاض و ارتفع الرطوبة عن المعدل له تأثير على الإنسان و المكان . فيشكي الإنسان عند انخفض الرطوبة من نشفان الجلد و الحنجرة. و كبار السن سيجدون مشكلة بالتنفس . و هذا غير التأثيرات المتلفة للديكور و الأثاث المنزلي .
فمثلا عند درجة حرارة 68 ف° بدون رطوبة أو رطوبة قليلة يحس الإنسان بالبرودة و لكن بوجود نسبة رطوبة تكون الحرارة عادية و مريحة .
معدل الرطوبة يجب أن يكون بين 20% إلى 50% حسب المكان و استغلاله
3- سرعة و كمية الهواء:
سرعة الهواء هو العنصر الثالث للراح في تصميم التكييف .
زيادة أو قلة سرعة الهواء غير مرغوب بها . حيث يشعر الإنسان بعدم الراحة و البرودة، مثلا عند زيادة سرعة الهواء في المكان رغم ثبات درجة الحرارة ، و إحساسه بالراحة بنفس المكان إذا كانت سرعة الهواء أقل.
سرعة حركة الهواء المطلوبة يجب أن تكون بين 3-15 م / دقيقة .
حسب المكان و استغلاله .
ما هو التكييف؟ .
التكييف هي عملية معالجة الجو المحيط و ذلك بالتحكم بمستوى درجة الحرارة و الرطوبة و حركة الهواء داخل المكان المراد تكييفه، للحصول على جو مناسب يشعر الموجود فيه بالراحة و الحرارة المناسب . و هنا يجب أن نلاحظ أن درجة الحرارة 78ف° و الرطوبة 5% هما المستوى النسبي المطلوب توفيرها في المكان في أغلب الأحيان .
عملية التكييف
تتم بواسطة جهاز التكييف الذي صمم عل أساس استغلال التغيير في كمية الحرارة الناتجة أثناء عمليتي التبخير و التكييف لأي سائل،
حيث أن كل سائل يحتاج إلى كمية من الحرارة تساعده على عملية التبخر و التي يكسبها من الحرارة التي اكتسبها تقريبا و التي يفقدها خارج المكان المراد تبريده .
محتويات جهاز التبريد :
يحتوي جهاز التبريد على الأجهزة الرئيسية التالية:
1- المكثف :
هو مبادل حراري تتم فيه عملية فقد كمية من الحرارة
من غاز التبريد بواسطة وسط مبرد ( ماء أو هواء )
لكي يتحول غاز التبريد المضغوط إلى سائل أي عملية
تكثيف غاز و تنقسم المكثفات إلى نوعين.
أ- مكثف يبرد الهواء و هو عبارة عن ملف من النحاس أو الألمنيوم ويفضل من النحاس مثبت علية زعانف من الألمنيوم لزيادة المساحة المعرضة للهواء و تستخدم مروحة أو أكثر من النوع الطارد المركزي أو من النوع ذي الرفاص لسحب الهواء الخارجي من خلال ملفات الكافية لطرد الهواء بعيدا عن المكثف . المكثف لتبرده ويجب أن تراعي الأبعاد المطلوبة سحب كميات الهواء المناسبة و كذلك الأبعاد.
ب- مكثف يبرد الماء و ذلك بدفع الماء بواسطة مضخات المكثف داخل أنابيب محاطة بغاز التبريد داخل مبادل حراري و باستخدام هذا النوع من المكثفات تحتاج العملية إلى دوران لمياه داخل برج التبريد لإعادة تبريد الماء المستخدم مرة أخرى .
2- الضاغط.
وظيفته زيادة ضغط سائل التبريد و هو في الحالة الغازية و دفعه إلى باقي أجزاء دورة التبريد التي تبدأ من الضاغط و هناك عدة أنواع من الضواغط المستخدمة في عملية التبريد منها .
الضاغط وحركة
الضواغط الترددية , و تشمل النوع المقفل: يكون الضاغط و المحرك في نفس وعاء الضغط مع ملامسة غاز التبريد للمحرك و هذا النوع شائع الاستعمال و هو أيضا نوعان مقفل ملحوم و نصف المقفل.
النوع المفتوح: يدار الضاغط بمحرك خارج حيز وعاء الضغط .
ب- الضواغط الطاردة المركزية :
و تستخدم في أجهزة التكيف ذات السعات
- صمام التمدد :
وظيفته إجراء خفض مفاجئ في ضغط سائل التبريد و كي تسهل عملية تحويله من الحالة السائلة إلى الحالة الغازية في المبخر .
4- المبخر .هو مبادل حراري تتم فيه عملية تحويل سائل التبريد إلى غاز بواسطة امتصاصة للحارة من المكان المراد تبريده أي عملية تبخير سائل التبريد .
5- وسيط التبريد وطريقه عمله (سائل )
هو الوسيط الذي يقوم بامتصاص كمية معينة من الحرارة من داخل المكان المراد تبريده أثناء مروره في المبخر ثم يفقدها خارج المكان المراد تبريده أثناء مروره في المكثف حيث أن أساس عملية التبريد هي استغلال الفرق في كميات الحرارة الناتجة عن عمليتي التبخير و التكثيف للسوائل , فكل سائل عندما يتبخر يحتاج إلى اكتساب كمية من الحرارة تساعد على عملية تبخرة و في هذه الحالة نستطيع أن نحصل على تلك الكمية من المكان المراد تبريده بينما في عملية التكثيف يكون غاز التبريد في حاجة إلى أن يفقد كمية الحرارة التي اكتسبها و نستطيع أن نع كمية الحرارة هذه بواسطة أي وسط مبرد سواء هواء أو الماء أية وسيلة أخرى
و تبدأ دورة التبريد من الضاغط حيث يقوم بعملية زيادة ضغط الغاز و دفعه داخل الجهاز ثم ينتقل غاز التبريد إلى المكثف و الذي عادة يكون خارج المبنى في عمليات التبريد حيث يتكثف الغاز و يتحول إلى سائل بسبب فقده كمية الحرارة التي ينتقل إلى الوسط المبرد سواء كان الهواء الجوي أو الماء أو أي وسط آخر ، حيث ينتف سائل التبريد إلى صمام التمدد حيث يتعرض إلى تمدد فجائي يؤدي إلى انخفاض في ضغطه ثم ينتقل السائل بعد ذلك إلى المبخر و عادة يكون داخل المبنى في عمليات التبريد حيث يتبخر بسبب اكتسابه كمية من الحرارة من المكان الموجود فيه و يؤدي ذلك إلى تقليل درجة حرارة المكان المراد تبريده ثم يرجع الغاز إلى الضاغط مرة أخرى لكي تتكرر الدورة طالما كلن الجهاز يعمل ، أما سبب رفع ضغط غاز التبريد في المكثف فيرجع إلى الرغبة في رفع درجة غليان سائل التبريد و التي تعادل درجة تكثيفه حيث أنه كلما زاد الضغط كلما زادت درجة الغليان و كلما قل الضغط كلما قلت درجة الغليان لكي تكون أعلى من درجة حرارة الجو و بالتالي نستطيع أن نستخدم الهواء الجوي كمبرد تنتقل إلية كمية من حرارة غاز التبريد التي اكتسبها في المبخر ثم نقوم بتقليل الضغط في المبخر بواسطة صمام التمدد لكي تقل درجة غليان سائل التبريد و التي تعادل درجة تكثيفه إلى درجة حرارة تكون أقل من درجة حرارة المكان المراد تبريده و بالتالي تنتقل كمية من الحرارة لسائل التبريد من المكان المراد تبريده فيبرد و التي سوف يفقرها سائل التبريد في المكثف بعد ذلك .
6- أنواع وسيط التبريد و سائلة .
هناك أنواع من سوائل التبريد فريون 502 ، 512 ، 1222
و في الفترة الأخيرة اعتمدت أنواع من السوائل التي لا تؤثر في طبقة الأوزون و منها فريون 123 – 1340 .
الوحدات الحرارية :
ا- كالوري: هي كمية الحرارة اللازمة لرفع حرارة جرام واحد من الماء درجة سيليزية واحدة.
الوحدة الحرارية البريطانية : BTUب- بي تي يو
هي كمية الحرارة اللازمة لرفع باوند واحد من الماء درجة فهرنهايتية واحدة (1 بي. تي. يو = 252 كالوري)
ج- طن التبريد
هي الوحدة التي يدلل بها على القدرة على التبريد، ( ويمثل طن التبريد معدل التبريد الناتج عن ذوبان طن من الجليد خلال 24 ساعة )
طن تبريد واحد = 12,000 بي. تي. يو لكل ساعة = 3,024 كيلو كالوري / ساعة
العناصر الأساسية المستخدمة في أنظمة التبريد .
1- الضغط بفعل الكمبريسور
ينتج عن عملية الضخ إذ يتبخر غاز التبريد إلى خارج جهاز التبخير و إلى داخل المكثف مكونا حرارة و ضغطا مرتفعين على المكثف في حين تتكون حرارة و ضغطا منخفضين على جهاز التبخير .
2- التكييف بفعل المكثف
عند تدفق غاز التبريد الساخن عبر خط التفريغ إلى المكثف يتم هنا التخلص من الحرارة نسبيا عن طريق توجيه هواء المروحة باتجاه المكثف . و أثناء التخلص من الحرارة يتحول الغاز إلى الحالة السائلة .
3- جهاز التحكم في تدفق سائل التبريد ( التمدد)
عندما يتدفق سائل التبريد ذو الضغط المرتفع و درجة الحرارة العالية من جهاز الاستقبال عبر أنبوب السائل يقوم جهاز التحكم بتدفق السائل التبريد بعملية تنظيم تدفق سائل التبريد من المكثف ذو الضغط العالي إلى جهاز التبخير ذو الضغط المنخفض.
4- جهاز التبخير( التبخير )
يتم تبخير السائل عند درجة حرارة و ضغط منخفضين ثابتة المقدار حيث يتم امتصاص الحرارة داخل النظام و هنا يتحول سائل التبريد إلى الحالة الغازية أثناء امتصاص الحرارة .
الكبيرة .
ج- الضواغط الدورانية وهو نوعان أيضا .
ضاغط ذو مكبس دوار.
ضاغط ذو ريشة دوارة .
النوع الصمامات المستخدمه في التكييف وتبريد

1- الصمام التمدد الثرموستاتي
2- صمام التمد الوتوماتيكي
3- صمام التمدد
اليدوي
4- عوامه الضغط العالي
5-عوامه الضغط المنخفض
6- الانبوبه الشعريه

أحجار كريمة

الأحجار الكريمة (بالإنجليزية: Gemstone‏) هي أنواع مختلفة من المعادن المتبلمرة مركبة من عنصرين أو اكثر، وتتكون أساسا من مادة السليكا silica مع وجود بعض الشوائب المعدنية, ويختلف نوع الحجر الكريم بإختلاف المادة المكونة بالإضافة إلى السليكا, وتتواجد عادة في المناطق الطمي البركانية, كالحصى البركاني، وبخاصة في مناطق جريان الأنهار البركانية,

تركيب كل حجر كريم يختلف عن الاخر من حيث الظروف والعناصر المكونة ونوع الشوائب المتداخلة خلال عمليات التركيب الاساسية، فالنظام الشبكي الكرستالي المكون لمعظم الاحجار الكريمة الرئيسية هي متشابه فيما بين تلك الاحجار والذي يميز حجرا عن الاخر هو عناصر التداخل خلال الانبثاق والتكوين الكرستالي السريع والذي يكرر العادة والنسق والاسلوب للمركز المتنوي عند بداية عملية البلمرة وتتفاوت درجة ألوانها باختلاف درجة الشفافية الناتجة عن عدة عوامل منها نوع المعادن التي تدخل كشوائب على السليكون وبالتالي فإن عدد كبير ومتنوع من الأحجار الكريمة يتكون نتيجة لذلك ويجب الملاحظة ان جميع أنواع الاحجار الكريمة متكونة من عنصرين فاكثر الا ألماس فهو احادي التكوين من عنصر واحد هو الكربون.

وبعض الأحجار الكريمة تتكون في باطن الأرض على أعماق مختلفة، وقد تتحد مع عناصر أخرى أو تكون في صورة حرة، مثل الياقوت والزمرد والألماس الذي يوجد في بعض الأحيان على عمق 160 متراً تقريبا، ويخرج ضمن الحمم البركانية وناتج الزلازل الأرضية. وأما البعض الآخر فتتكون في المملكة الحيوانية حيث تستخرج من قاع البحر، مثل المرجان واللؤلؤ الذي كان يعد من أجمل وأغلى الأحجار الكريمة في الماضي ولا سيما لؤلؤ الخليج الذي اكتسب سمعة عالمية كبيرة. كما تمنحنا المملكة النباتية الكهرمان الأصفر الجميل.

الأحجار الكريمة في اللغة
ن مصطلح " Gemstones " في اللغة الانجليزية والمؤلف من كلمتين ومرادفها في اللغة العربية الكلمتين "الأحجار- الكريمة" أو ما يقابلها في اللغات الأخرى وتعني الأحجار الطبيعية التي تتكون في باطن الأرض لا دخل لإنسان في تكوينها إطلاقاً، ويقوم باستخراجها من الأرض، كالألماس والياقوت والزفير والزمرد. وقد استخدمها الإنسان للزينة أو للعبادة أو قام بعبادتها للأسباب سنتناولها في الأجزاء اللاحقة ولكن في هذا الجزء سنتحدث عن الأحجار الكريمة من حيث علوم أصل الكلام وستناول بداية علم أصل " Gemstones " في اللغة الانجليزية ,وبما أن اللغة الانجليزية تنقسم من حيث الأصل إلى جزئيين أساسيين اللغة الانجليزية القديمة ويرمز إليها " OE " ويقصد بها " Old English " وهي الفترة التي بدأت تقريبا من(450) عام قبل المسيح واستمرت حتى القرن الثاني عشر بعد المسيح وهي مشتقة من اللغة الألمانية الغربية " West Germanic " وتأثرت باللغة النرويجية بقوة ومثال على ذلك القصيدة البطولية باللغة الانجليزية القديمة" Beowulf ".
الأحجار الكريمة في أساطير القدماء
أسرت الأحجار الكريمة عقل الإنسان وقلبه منذ عشرة ألاف عام يميزها قوى طبيعية خارقه ارتبطت بهاجس الإنسان الاجتماعي بشكل رئيسي وموضوعاتها التي كانت لا تكاد تقتصر على مسائل العلاقات الاجتماعية في البداية، كانت الاكتشاف الكثيرة للأحجار الكريمة ألمعروفه في يومنا هذا مثل الزمرد والياقوت والزفير وألماس هي ألشرارة التي أطلقت العنان لتفكيره ليكون أكثر بعدا عن واقعية ويخلو من التأملات الفلسفية والميتافيزيقية, بل على العكس فقد سيطرت خصائصها ألفيزيائية على عقله وتفكيره, وبسبب عدم قدرته على تفسير تلك الظواهر فاستخدم العناصر الخيالية - في بعض الأحيان - يهدف إلى خلق عنصر التشويق والإثارة في نسج الأسطورة والتي كانت تمتاز أحيانا بالبساطة، وكانت تسير في اتجاه خطي واحد وتحافظ على تسلسل منطقي، ينساب في زمان ومكان حقيقي، ولها رسالة تعليمية، تهذيبية لذلك عبدها وقدسها مثلما قدس الشمس والقمر والرياح والمطر والرعد وأية ظواهر طبيعية أخرى أحاطت به ولم يفهمها ,ومن المؤكد أن هذه الأساطير قد ألفت في مرحلة فكرية أكثر نضجًا ورقيًا فجعلها مرادفا لمفاهيم إنسانية وقيم عليا مثل جزاء الخيانة، فضل الإحسان، مضار الحسد، التي تتضمن رموزًا تتطلب التفسير ومن ثم أطلق عليها أسماء وصفات إلى درجة الادعاء بأنها الآلهة ,فأنشأ المعابد وعين الكهنة والخدم لتلك الصروح ألوهـمية.

البشر عرفوا الجواهر والأحجار الكريمة منذ نحو 40 ألف عام، وأيامها كان الإنسان البدائي يستخدمها في صناعة العقود والتمائم والحلي، كما يصنع منها لصلابتها رؤوساً لسهام الصيد!. ويقول الدكتور زكريا هميمي في كتابه (موسوعة الأحجار الكريمة): إن الإنسان بدأ شيئاً فشيئاً في استخدام أنواع عديدة من الأحجار الكريمة وبدأت عمليات التهذيب والتقطيع والصقل والتلميع والتشكيل في صورة قلائد تحاكي بعض مفردات الطبيعة وهو ما كشفت عنه بعض القلائد والعقود البابلية التي عُثر عليها على ضفاف نهر الفرات والتي تعود إلى عام 5000 قبل الميلاد وهي مصنوعة من (الاوبسيديان) (صخر بركاني يشبه الزجاج) ومن بعض الصخور الطبيعية وبعض الأصداف والمحار.

الأحجار الكريمة في المعتقدات والديانات
جاء ذكر الأحجار الكريمة في جميع ديانات الأرض ومعتقداتها بلا استثناء فمن أقدم المعتقدات التي عرفها الإنسان "البوذية" وصولاً إلى آخر الديانات السماويه "الإسلام"، فقد ذكرت تلك الديانات الأحجار الكريمة بمنتهى ألدقه والتقديس أو التكريم وهذه الطقوس والرموز تكمن حكمة كونية ملهمة. أفكارها المركزية تعبر عنها بوضوح استثنائي الثيوصوفية ظهرت أفكارهم التي ارتبطت ارتباطا روحيا وعضويا بهذه الأحجار. إن الكوزمولوجيا المندائية تشير إلى الكينونة الأسمى بـ "تكريم وتعظيم الأحجار الكريمة" التي توصف بأنها غريبة متفردة ـ نكرانيه ـ بمعنى أنها بعيدة لا يمكن فهم كينونتها لكونها تفوق الوصف. وبسبب غموضها وتجريدها فان المندائيين يتكلمون عنها دوما بصيغة الجمع الحيادي(الأحجار). وهي أحجار طبيعية تتكون في باطن الأرض لا دخل لإنسان في تكوينها إطلاقاً، ويقوم باستخراجها من الأرض، كالألماس والياقوت والزفير والزمرد.جاء ذكر ووصف بعض الأحجار الكريمة في القرآن الكريم قال سبحانه وتعالى: (يخرُجُ مِنهُما اللؤلؤ والمرجان),سورة الرحمن ويصف سبحانه الحور العين في الجنة (كأنهن الياقوت والمرجان), وقال سبحانه: (وحور عين * كأمثال اللؤلؤ المكنون).

الخصائص الفيزيائية في الاحجار الكريمة
الأحجار الكريمة المتكونة من المعادن ألطبيعيه خلال عمليات جيولوجية يطلق عليها (أحجار كريمة) فالأحجار الصناعية الناتجة عن سلسلة عمليات كيميائية مخبريه صناعية فيطلق عليها الأحجار ألمقلدة والزائفة.ولا تعود الكلمة على المركب الكيميائي فقط، ولكن على البناء المعدني أيضا. تتغاير المعادن في التركيب من عناصر نقية، وأملاح بسيطة، إلى سيليكات غاية في التعقيد بآلاف التكوينات المعروفة.وتعرف تلك العمليات بالتركيب الكيمائي(chemical composition) والتي تعرف باسم الصيغة الكيميائية أو ألوصفه (formula) ولا تكون الشوائب من ضمن تلك الصيغة حتى لو كانت تلك الشوائب هي المسبب للون لذلك الحجر الكريم. انظر الشبكات البلورية في الاحجار الكريمة.
ترتيب الاحجار الكريمة حسب القساوه
إن ما يميز الأحجار الكريمة عن الأحجار الأخرى بعض الصفات الفيزيائية ومنها المتانة، الندرة، اللون، الصلابة أو القساوة، وهذه المقاييس والاعتبارات هي تأكيدات علمية لجودة الحجر، ويحتل ألماس بصلابته المرتبة الأولى ثم الياقوت، الزمرد، الزفير واللؤلؤ على أخر سلم القساوة وتختلف ألوان اللؤلؤ باختلاف البيئة المحيطة به، ويقاس بدرجة نقائه وكبر حجمه والاستدارة المنتظمة، ويعتبر الأسود منه أغلى من الأبيض لندرته.


الوزن في الأحجار الكريمة
ان وحدة قياس الوزن في الاحجار الكريمة الاساسية هي القيراط ويساوي خمس الغرام 1\5 ويجب عدم الخلط ما بين القيراط وحدة قياس الجودة في الذهب فالقيراط في الوزن هي وحدة قياس فعلية مصدرها من حبوب أو بذور الخروب حيث اعتمد التجار العرب ومن قبلهم تجار الصين والهند الوزن بالحبوب كطريقة مثلى في ذلك الوقت لوزن المعادن والاحجار الثمينة بينما القيراط في الذهب هي وحدة قياس مجازية للجودة المعدن، بينما تقاس ألاحجار الكريمة الأخرى الطبيعية أو النصف كريمة مثل الفيروز والعقيق والجمشت والألكسندريت، بوحدة الغرام في الكثير من الأحيان حيث انه لا توجد ندرة في تلك الاحجار وتواجدها بكميات تجارية ضخمة الا ان النفيس منها يقاس بالقيراط وللتنوية فقد سميت نصف كريمة بهذا الاسم نظراً لأنها أقل سعراً وجمالاً من الأحجار الكريمة الاساسية النادرة.

أشعة فوق بنفسجية

الأشعة فوق البنفسجية ( بالإنجليزية : Ultraviolet ) هي موجة كهرطيسية ذات طول موجي أقصر من الضوء المرئي لكنها أطول من الأشعة السينية سميت بفوق البنفسجية لأن طول موجة اللون البنفسجي هو الأقصر بين ألوان الطيف. ومداها الموجي يبدأ من 400 نانومتر إلى 10 نانومتر، وطاقتها تبدأ من 3 eV إلى 124 eV.

وتوجد أشعة فوق البنفسجية في أشعة الشمس، وتنبعث بواسطة التقوس الكهربي أو الضوء الأسود. وكما هي أشعة مؤينة فقد تسبب تفاعلا كيميائيا، وتجعل العديد من المواد متوهجة أو مسفرة. وقد ادرك الكثير من الناس تأثير الأشعة فوق البنفسجية على الجسم مسببة حالات من ضربة شمس، ولكن طيف تلك الأشعة لها تأثيرات أخرى قد تكون مفيدة أو مضرة لصحة البشر.

الصورة
صور لألوان كاذبة تبين الهالة الشمسية بواسطة أشعة فوق بنفسجية عميقة من
مرصد للأشعة الفوق البنفسجية القصوى

اكتشافها
كان اكتشاف الأشعة فوق البنفسجية متعلقا بمشاهدة علمية بأن أملاح الفضة تصبح داكنة أكثر بعد تعرّضها لضوء الشمس. ففي عام 1801 لاحظ الفيزيائي الألماني جون فيلهلم رايتر (بالألمانية: Johann Wilhelm Ritter) أن أشعة غير مرئية، طول موجتها أقصر من اللون البنفسجي -التي هي نهاية الطيف المرئي-، ناجعة بشكل خاص في زيادة دكانة لون ورق الفضة المشبع بالكلوريد فقام بتسميتها "الأشعة المؤكسدة" ليشدد على تفاعلها الكيميائي ولتمييزها عن "الأشعة الحارة" التي هي بالطرف الآخر من الطيف. تم اعتماد الاسم "الاشعة الكيميائية" بعد ذلك بفترة وجيزة وبقي هذا الاسم قيد الاستعمال خلال القرن التاسع عشر. في نهاية الأمر سقط من الاستعمال التعبيران أشعة كيميائية وأشعة حارة واستعمل التعبيران الأشعة فوق البنفسجية والأشعة تحت الحمراء على التوالي.[1] تسمى الاشعة فوق بنفسجية ماتحت 200 نانومتر بالفراغية لأن الهواء يمتصها بقوة، وقد اكتشفها الفيزيائي الألماني فيكتور شومان عام 1893.[2]

منشأ المصطلح
تعود الترجمة الحرفية للكلمة إلى الأصل اللاتيني (Ultra Violet). بما أن الأشعة فوق بنفسجية هي أقصر من البنفسجية إلا أنها غير مرئية.

أنواع الأشعة فوق البنفسجية
تقسم الاشعة فوق البنفسجية إلى عدة موجات متداخلة مع بعضها البعض كما بالجدول حسب مشروع معيار ايزو (ISO-DIS-21348) في تحديد الاشعاعية الشمسية[3]:




بتقنية الطباعة الحجرية (photolithography) والليزر تستخدم أشعة فوق بنفسجية عميقة (DUV أو Deep UV) وهو للأطوال الموجية التي أقل من 300 ن م. سميت الأشعة الفراغية بهذا الاسم لأن الهواء يمتصها بقوة، لذا فاستخداماتها تكون بالفراغ فقط. في النطاق الموجي ما بين 150–200 ن م فإن الإكسجين هو العنصر القوي الذي يمتص تلك الأطوال الموجية، لذا فالعمليات الصناعية التي تحتاج لتلك الموجات يجب أن تتم في جو خالٍ تماما من الأكسجين، ويستخدم عنصر النيتروجين النقي بشكل عام هنا ليمنع الحاجة إلى غرف فراغية.

الضوء الأسود
الضوء الأسود أو إنارة وود (نسبة إلى العالم روبرت وليامز وود)، هي إنارة تصدر اشعة فوق بنفسجية طويلة وبعضا من الضوء المرئي. وهي عموما معروفة باسم "أشعة فوق بنفسجية طويلة" (بالإنجليزية: UV light‏). تتم الإضاءة الفلورية السوداء بنفس طريقة الإضاءة الفلورية العادية فيما عدا انها تستخدم الفوسفور فقط وغطاء المصباح الزجاجي يستبدل بغطاء زجاجي لونه بنفسجي غامق مزرق ويسمى زجاج وود، وهو زجاج مغلف بأكسيد النيكل لكي يمنع أي ضوء مرئي ذو طول موجي أعلى من 400 نانومتر. مسميات تلك المصابيح حسب الصنع مثل "ضوء أسود ذو زرقة" أو "blacklight blue" أو بالمختصر "BLB" لتمييزها عن مصابيح أجهزة صائدة الحشرات ("bug zapper" blacklight "BL") والتي لاتحتوي على لون زجاج وود الأزرق. الفوسفور المستخدم للموجة القريبة ذات انبعاث موجي 368 إلى 371 ن.م إما أن يكون رباعي فلوربورات سترونتيوم مغلف بيوروبيوم (SrB4O7F:Eu2+) أو بورات السترونتيوم (SrB4O7:Eu2+) بينما يستخدم الفوسفور لإنتاج إضاءة أعلى 350 إلى 353 ن.م وهو سليكات الباريوم المغلفة بالرصاص (BaSi2O5:Pb+). مصابيح الضوء الأسود الزرقاء هي 365 ن.م.

ينتج الضوء الأسود إنارة في نطاق موجة فوق البنفسجية، ويقتصر طيفها على حقل الموجة الطويلة "UVA". على النقيض منها عند الموجات UVB و UVC، اللذان لهما تأثيرات صحية خطيرة ومدمرة لمادة DNA وتؤدي إلى الإصابة بسرطان الجلد. الضوء الأسود له محدودية الطاقة الصادرة منه والموجات الطويلة، لذا لايسبب بحروق الشمس، ولكن الموجات الطويلة تلك قادرة على الإضرار بألياف الكولاجين وتدمير فيتامين ألف الموجود بالجلد.

ويمكن إنتاج الضوء الأسود عن طريق استبدال الزجاج الشفاف بزجاج وود كغطاء للمصباح العادي. ويعتبر ذلك أول مصدر لإنتاج الضوء الأسود. وإن كان البديل الرخيص لطريقة الفلورسنت، لكنها وبصورة استثنائية غير فعال لإنتاج إنارة فوق بنفسجية (أقل من 0.1% من الطاقة الداخلة) نظرا لطبيعة الجسم الأسود في مصدر المصباح العادي. فمصابيح فوق البنفسجية الساطعة وبسبب عدم كفاءتها، فقد تكون لها الخطورة بسبب حرارتها خلال الاستخدام. ومن النادر إيجاد المصابيح السوداء من بخار الزئبق ذات طاقة عالية (مئات من الواط) استخدام الأشعة فوق البنفسجية بانبعاث الفوسفور وتكون مغلفة بزجاج وود. تلك المصابيح تستخدم بشكل أساسي بشاشات عرض المسارح والحفلات الموسيقية ولكنها تكون حارة جدا خلال استعمالها.

بعض مصابيح الفلورسنت فوق البنفسجية تكون مصممة بشكل يجذب الحشرات إليها، وهي تستخدم كصائد للحشرات وتستخدم نفس الفوسفور المستخدم للموجة القريبة في المصابيح السوداء، ولكنها تستخدم زجاج شفاف بدلا من زجاج وود المكلف بالسعر. فالزجاج الشفاف أقل منعا لإنبعاثات طيف الزئبق المرئية، مما يجعل لونه أزرق أمام العين المجردة. ويرمز إلى تلك المصابيح بالضوء الأسود (Black Light) أو BL حسب كتالوجات الإنارة.

ويمكن توليد إضاءة فوق بنفسجية عن طريق صمام ثنائي باعث للضوء.

المصادر الطبيعية
تنبعث الأشعة فوق بنفسجية من الشمس على شكل أحزمة من الموجات الطويلة والمتوسطة والقصيرة, ولكن بسبب امتصاص آوزون الطبقة الجو العليا لها, فإن 99% من الإشعاع الذي يصل سطح الأرض يكون من الحزمة الطويلة UVA. (للعلم فإن الحزم المتوسطة والقصيرة من الموجات فوق بنفسجية تكون لها المسؤولية المباشرة لتكوين طبقة الآوزون).

الزجاج الطبيعي يكون شفاف جزئيا للموجة الطويلة من فوق البنفسجية ولكنه معتم للموجات الأقصر, والسيليكا المحروقة أو الكوارتز المحروقة حسب الجودة لها خاصية الشفافية حتى للموجات الفراغية. زجاج النوافذ العادي يمكنه تمرير حوالي 90% من الضوء ذو الطول الموجي فوق 350 نانومتر, لكنه يمنع حوالي 90% من الضوء الذي أقل من300 ن م[4][5][6].

الموجة الفراغية تبدأ من 200 نانومتر, سميت بهذه التسمية لأن الهواء العادي يعتم الموجات ذات الطول أقل 200 نانومتر, وذلك بسبب شدة امتصاص الأكسجين الموجود بالهواء لهذا الطول الموجي. أما النيتروجين النقي يكون شفاف للموجات ما بين 150-200 ن م. وهذه الطريقة مهمة صناعيا لأن عمليات التصنيع لأشباه الموصلات تستخدم ترددات ذات طول موجي أقل من 200 ن م. وبالعمل في مكان خالي من الأكسجين، فإن المعدات التي لا بد أن تجهز على تحمل الإختلاف بالضغط المطلوب للعمل في الفراغ. بعض الأجهزة العلمية مثل مطياف حلقة ثنائية اللون (circular dichroism spectrometer) تعقم بالنتروجين وهي تعمل في هذا النطاق الطيفي.

Extreme UV وهي الموجات فوق بنفسجية القصوى امتازت بالتفاعل مع المادة: الموجات التي أطول من 30 ن م تتفاعل كيميائيا مع الإلكترونات المتعادلة أو المتكافئة للتلك المادة (تكون بالمدار الخارجي), بينما الموجات التي أقصر من ذلك تتفاعل مع الإلكترونات التي بالمدار الداخلي ومع النواة أيضا. نهاية الطول الطيفي للأشعة الفوق بنفسجية العظمى EUV/XUV يحدد بواسطة الخط الطيفي المرتفع للهيليوم (He+) عند الطول 30.4 ن م. معظم المواد المعروفة تمتص بقوة هذه الأشعة, ولكن بالإمكان إنتاج أجهزة بصرية متعددة الطبقات تعكس حوالي 50% من إشعاع تلك الموجة فوق بنفسجية القصوى على زاوية سقوط عادية.هذه التكنولوجيا تستخدم بالتلسكوبات في حالات التصوير الشمسي وهي موجودة بصواريخ الرصد الشمسي خلال التسعينات. وأيضا الطباعة على الرقائق السليكونية لعمل الدارات الكهربية.

تأثير الإشعاع فوق البنفسجي بالصحة البشرية
فوائد التأثير لتلك الأشعة
فيتامين دي
الأثر الإيجابي الرئيس من التعرض للموجة المتوسطة من فوق البنفسجي (UVB) انه يساعد على إنتاج فيتامين دي بالجلد. التقديرات تقول أن هناك عشرات الآلاف من الذين يموتون بالسرطان سنويا في الولايات المتحدة والسبب هو نقص فيتامين دي بالجسم[7]. ويسبب هذا النقص مرض لين العظام (أو الكساح عند الكبار), ويسبب بضعف العظام وسهولة كسرها. عموما للحصول على هذا الفيتامين يكون عن طريق الأغذية أو التعرض للشمس لفترات محددة[8].
هناك بلدان عديدة تحصن اغذيتها بفيتامين دي لسد النقص, يفضل اكل تلك الأغذية أو استعمال حبوب التغذية للرجيم أكثر من التعرض لل(UVB) خوفا من زيادة فرص الإصابة بسرطان الجلد بسبب الأشعة الفوق بنفسجية[8].
الجماليات
نقص الإمداد من الموجة المتوسطة (UVB) يسبب نقص بفيتامين دي. والزيادة منه يسبب ضرر مباشر للحمض النووي وحروق بالجلد. أما الكمية المناسبة من التعرض للموجة المتوسطة (والتي تختلف حسب لون البشرة) فسوف تعطي محدودية التأثير الضار على الحمض النووي. فالجسم يتعرف عليها ويصلح الخلل بها. وبالتالي سيزداد إنتاج الصبغة السوداء مما يؤدي إلى جلد أسمر قد تطول مدته. الاسمرار يحدث لمدة تصل إلى يومين بعد التعرض للإشعاع، ولكنها أقل ضررا وتبقى لمدة أطول عند استخدام إشعاع فوق البنفسجية الطويلة (UVA). بعض كريمات وبخاخات التسمير الموجودة بالسوق تغني عن التعرض للاشعة فوق البنفسجية.
تطبيقات طبية
للأشعة فوق البنفسجية استعمالات طبية, كحالات الأمراض الجلدية مثل الصدفية والبهاق. يستخدم إشعاع فوق البنفسجية الطويلة (UVA) مع أدوية السورالين الموضعي psoralens مكونة مايسمى علاج بوفا (PUVA treatment). أما المتوسطة (UVB) فنادرا ماتستخدم في هذا المجال
مضار التأثير لتلك الأشعة
التعرض لفترات طويلة للشمس وأشعتها فوق البنفسجية المتوسطة (UVB) قد يسبب بحروق الشمس وبعض أشكال سرطان الجلد. بالنسبة البشر، فإن التعرض لفترة طويلة لأشعة الشمس فوق البنفسجية قد تؤدي إلى تأثيرات صحية خطيرة ومزمنة بالجلد والعين والجهاز المناعي للجسم[9]. وأخطرهم ورم ميلامينا السرطاني والذي يتسبب من ضرر غير مباشر للحمض النووي (جذور حرة وعامل الأكسدة)، ويمكن أن نرى ذلك من خلال غياب علامة التغير للأشعة فوق البنفسجية في 92% من ورم الميلامينا[10].

إشعاع UVC هو الأعلى طاقة من بين نظرائه من الأشعة فوق البنفسجية والأخطر أيضا, ولحسن الحظ انه يصفى عند غلاف الأرض الجوي, مع ذلك فاستخدامه بمعدات خاصة مثل وحدات تعقيم الخاصة لأحواض السباحة قد يشكل خطورة التعرض لها إذا كان المصباح تم تشغيله خارج حوض وحدة التعقيم المقفلة.
التأثير على الجلد

«التعرض لأشعة فوق بنفسجية التي تأتي مع ضوء الشمس يعتبر بيئيا عامل مسرطن للبشر. التأثير السام لفوق البنفسجي الناشئ من ضوء الشمس أو مصابيح العلاج الاصطناعي هما أمران مقلقان للصحة البشرية, فتأثيرات الإشعاع الخطيرة على الجلد تشمل التهاب الحروق والتهابات الجلد ولفح الشمس وإضعاف جهاز المناعة الجسم. » – Matsumura and Ananthaswamy، 2004[11]

يستطيع إشعاع فوق البنفسجي الطويل UVA والمتوسط UVB والقصير UVC أن يدمر ألياف بروتين الكولاجين وبالتالي يسرع بشيخوخة الجلد. الأشعة الطويلة UVA والمتوسطة UVB يمكنهما تحطيم فيتامين أ الموجود بالجلد[12].

نبدأ بالموجة الطويلة UVA، فقد كان ينظر إليها في السابق بأنها الأقل خطورة, ولكنها اليوم تعرف بأنها تعجل بسرطان الجلد خلال تخريب غير مباشر للحمض النووي DNA. فهي تنتشر بعمق لكنها لا تسبب حروق الشمس ولا احمرار بالجلد ولا يوجد فحص طبيا لها ولكن الواقي الشمسي (sunscreen) يتمكن من اعتراضها واعتراض UVB معها. وبما أنها لا تخرب الحمض النووي بشكل مباشر كالأشعة المتوسطة والقصيرة ولكنها تستطيع توليد وسط كيميائي شديد التفاعل، مثل جذور هيدروكسيل والأكسجين والتي تساهم بدورها بتدمير حمض النووي. وقد ألقى بعض العلماء اللوم بأن أمراض الجلد الخطيرة التي أصابت مستخدمي الواقيات الشمسية سببه عدم وجود مرشحات لتلك الموجة في الواقيات[13].

أما الموجة المتوسطة UVB فهي مسببة للسرطان الجلد وتدمر ألياف الكولاجين ولكن بوتيرة أبطأ من UVA، من خلال التخريب المباشر للحمض النووي. فالإشعاع يهيج جزيئات الحمض النووي في خلايا الجلد، مسببة بروابط تساهمية شاذة تتشكل ما بين قواعد السيتوزين ومنتجة وحدات ثنائية. فعندما يأتي دنا بوليميريز ليزيد من فتيلة هذا الجزء من الدي أن أي، فإنها تقرأ الوحدة الثنائية ب "AA" وليس بالقراءة الأصلية "CC"، مسببا بإعادة تشكيل روابط قاعدة البيانات الثايمين إلى ثنائي الثايمدين مما يشوه شكل لولب ال DNA ويوقف التناسخ ويظهر الفجوات ويمنع الاندماج. وقد تظهر الطفرة الجينية مما يسبب بالنمو السرطاني, تلك الطفرة الجينية المسببة من الأشعة الفوق بنفسجية من السهولة ملاحظتها بزراعة البكتيريا, هذه الرابط السرطاني يعتبر من الأسباب التي تدعو للاهتمام حول ظهور ثقب الآوزون. وكمقاومة للإشعاع الفوق بنفسجي يميل الجسم إلى للاسمرار عند تعرضه لمستوى معقول من إشعاع UVA (حسب نوع الجلد) وتصبح الصبغة البنية قاتمة بينما UVB يحدث إنتاج جديد. هذا الاسمرار يوقف انتشار الفوق بنفسجية كما يمنع التخريب القوي لأنسجة الجسم الضعيفة. هناك مستحضرات تجميل وتستعمل لاسمرار البشرة وكحاجز أو مانع للضوء وهي تمنع الأشعة الفوق بنفسجية جزئيا ومعظمها يحتوي وصف كمية قياس الوحدة لحماية الجسم من الشمس وهي تستعمل للحماية من أشعة ال UVB المسئولة عن حروق الشمس لكنها لا تستطيع الحماية من الUVA كما أسلفنا سابقا, وحاليا ظهرت بالأسواق مستحضرات حماية جديدة تحتوي مركبات مثل ثاني أكسيد التيتانيوم (Titanium dioxide ) التي تستطيع مقاومة الأشعة الطويلة للفوق بنفسجية UVA وهناك مستحضرات طبيعية واعشاب للحماية من الأشعة الفوق بنفسجية وتسمى باللاتيني (Phlebodium aureum).
العين
ازدياد كثافة الموجة المتوسطة UVB له خطورة للعين, والتعرض له يسبب أمراض للعين كماء العين, والأفضل استعمال النظارات الحماية لتغطية العين بالكامل للأشخاص الذين قد يتعرضون للإشعاع الفوق بنفسجي, خاصة الموجة القصيرة UVC, متسلقي الجبال أكثر عرضة للأشعة الفوق بنفسجية من الأشخاص العاديين وذلك بسبب ضعف الغلاف الجوي (عند تلك المرتفعات) الذي يصفي تلك الإشعاعات، وبسبب انعكاس الثلوج لها. نظارات الزجاجية العادية تعطي حماية بسيطة, لكن أكثر العدسات البلاستيك حمايتها أقوى من الزجاجية, والسبب كما شرحناه سابقا أن الزجاج له خاصية تمرير الموجات الطويلة UVA فقط بينما البلاستيك الأكريليكي خاصية المرور للعدسات هي اقل, بعض مواد العدسات البلاستيك مثل البولي كاربونات(وهي مادة ذات عزل عال ومقاوم للحرارة) تمنع جميع الأشعة الفوق بنفسجية. عموما للعدسات خاصية الحماية من الأشعاع ولكن حتى تلك الحماية لايمكنها المنع التام للأشعة الفوق بنفسجية عن العين.
تأثيرات أخرى من الإشعاع الفوق بنفسجي
المواد المبلمرة المستخدمة بالمنتجات الاستهلاكية تتحلل من الإشعاع الفوق بنفسجي, وتحتاج إلى إضافات لمنع الإشعاع كالمواد المحتوية على اللدائن الحرارية مثل البولي بروبيلين والبولي إثيلين والألياف الإصطناعية المتخصصة مثل أراميد, امتصاص الأشعة الفوق بنفسجي تؤدي ضعف بتركيبة المواد, بالإضافة إلى العديد من الألوان والأصباغ التي تمتص تلك الأشعة فيتغير لونها, فلذلك معظم الأصباغ والمنسوجات يخلط بها مواد خصوصية للحماية من الشمس والإشعاع.
المواد المانعة والمستقبلة
الجزيئات المستقبلة للأشعة الفوق بنفسجية تستخدم بالمواد العضوية كالأصباغ والبوليمر وغيرها لخفض تحلل المادة أو مايعرف ب(التأكسد الضوئي) وهذه الجزيئات تختلف عن بعض باختلاف خصائص الامتصاص لديها, وتضعف بتقادم الزمن لذلك من الأفضل مراقبة مستوياتها داخل المواد التي تتعرض للجو مباشرة. حالة الواقي الشمسي, المركبات العضوية التي تمتص الأشعة UVA وUVB مثل افوبنزين واوكتيل ميثوكسيسيناميت وهي تتعاكس مع الموانع للأشعة الفوق بنفسجية مثل ثاني أكسيد التيتانيوم وأكسيد الزنك.
تطبيقات الأشعة الفوق بنفسجية
الضوء الأسود

الأشعة الفوق بنفسجية تظهر علامة الطير تظهر بجميع بطاقات الفيزاالضوء الأسود هو ضوء يرسل الموجة UVA وقليلا من الضوء المرئي.أنوار الفلورسنت السوداء هي نفس الفلورسنت العادية ماعدا ان المستخدم هو فقط الفوسفور والزجاج يكون لونه ازرق غامق إلى البنفسجي ويسمى الزجاج الخشبي استخدام آخر وهو كشف التزوير للبطاقات المهمة (بطاقات ضمان ورخص قيادة وجوازات وغيرها) وذلك بتعريضها لذلك الضوء فيظهر العلامات المائية الخاصة للوثيقة, وأشهرهم على الإطلاق العلامة الأمنية لبطاقة (الصورة الثلاثية الأبعاد)Hologram الفيزا وهي علامة الطير كما بالصورة. العملات الورقية أيضا يوجد بها علامات مائية تظهر بوضوح بالأشعة الفوق بنفسجية.
مصابيح الفلورسنت
تنتج تلك المصابيح اشعاع فوق بنفسجي بواسطة تأين بخار الزئبق بجو قليل الضغط, ويقوم مسحوق الفوسفور الذي يغلف الجزء الداخلي من الإنبوب بإمتصاص ذلك الإشعاع ويحوله إلى ضوء مرئي. الطول الموجي لانبعاثات الزئبق الرئيسية تكون بمدى الفوق بنفسجي. إذا من الخطورة تعرض العينين أو الجلد مباشرة إلى إضاءة القوس الزئبقي الذي لايحتوي على الفوسفور المحول. فإضاءة الزئبق غالبا محدد الأطوال الموجية, المصادر الأخرى للفوق بنفسجي هي أنارة الزينون أنارة الديتيريوم إنارة زينون - زئبق, مصابيح هاليد المعدنية وأخيرا مصابيح تنجستين-هالوجين المتوهجة.
الفضاء الخارجي
تفضل الأجسام الساخنة بالفضاء أن تبعث اشعاع فوق بنفسجي. ولأن طبقة الآوزون تمتص الكثير من تلك الإشعاعات من الوصول للأرض فلا يصلنا منها شيء.
مكافحة الحشرات
مصائد التي تعمل بالفوق بنفسجي تستخدم لإبعاد العديد من الحشرات الطائرة وذلك بجذبهم إلى الضوء الفوق بنفسجي وتقتل بالصعقة الكهربية عند دخولهم الفخ الضوئي.
مقياس الضوء الطيفي Spectrophotometry
علم الدراسات الطيفية للفوق بنفسجي والضوء المرئي تستخدم بقوة في علم الكيمياء لتحليل البناء الكيميائي وخاصة الأنظمة المترافقة, الإشعاع الفوق بنفسجي يستخدم في قياس الضوء المرئي لتحديد وجود كمية لإشعاع معين ويستخدم عموما بالمختبرات.
تحليل المعادن
الضوء الفوق بنفسجي يستخدم لتحليل المعادن والأحجار الكريمة ولأعمال الكشف والتوثيق من مختلف المحصلين لها. المواد الخام لها نظرة تحت الضوء المرئي ولكن درجة التوهج تختلف تحت الفوق بنفسجي, أو حتى يختلف ما بين الفوق بنفسجي القصير والطويل.
العلامات الكيميائية الإرشادية
أصباغ الفلورسنت الفوق بنفسجية لها استخدامات كثيرة مثل الكيمياء الحيوية والأدلة الجنائية, وهناك بروتين فلورسنت الأخضر Green Fluorescent Protein GFP وهو ويستخدم بعلم الوراثة كعلامة كيميائية, والبروتينات لديها كفاءة وقابلية امتصاص الحزمة الفوق بنفسجية وهي كما قلنا لها فائدة بالكيمياء الحيوية والتخصصات ذات العلاقة.
علاج بالكيمياء الضوئي Photochemotherapy
عند تعرض أجسام شديدة الحساسية للضوء للأشعة الفوق بنفسجية مع إعطاء ادوية معينة للعلاج منها كالصدفية والبهاق والإكزيما وتسمى تلك العملية PUVA ،ولكن لفترات محددة وقليلة لخطورتها على الكبد.

المصادر

1.^ Hockberger, P. E.(2002),"A history of ultraviolet photobiology for humans, animals and microorganisms",Photochem. Photobiol.76: 561–579, DOI:10.1562/0031-8655(2002)076<0561:ahoupf>2.0.CO;2,
2.^ Lyman, T.(1914),"Victor Schumann",Astrophysical Journal38: 1–4, DOI:10.1086/142050,
3.^ ISO 21348 Process for Determining Solar Irradiances.
4.^ Soda Lime Glass Transmission Curve.
5.^ B270-Superwite Glass Transmission Curve.
6.^ Selected Float Glass Transmission Curve.
7.^ Grant, W. B.(2002)."An estimate of premature cancer mortality in the U.S. due to inadequate doses of solar ultraviolet-B radiation". Cancer Volume 94, Issue 6, pp. 1867-1875.
8.^ أ ب The Science of Sun Protection, Talk of the Nation Science Friday, 24 June 2005. Vitamin D pills recommended over sun exposure, but most people in Australia and Canada get enough Vitamin D by incidental exposure, studies show.
9.^ Health effects of UV radiation.
10.^ Davies H.; Bignell G. R.; Cox C.; (6 2002). "Mutations of the BRAF gene in human cancer". Nature 417: 949–954. doi:10.1038/nature00766.
11.^ Matsumu, Y.&Ananthaswamy, H. N.(2004),"Toxic effects of ultraviolet radiation on the skin",Toxicology and Applied Pharmacology195(3): 298–308, DOI:10.1016/j.taap.2003.08.019,
12.^ Torma, H; Berne, B& Vahlquist, A(1988),"UV irradiation and topical vitamin A modulate retinol esterification in hairless mouse epidermis",Acta Derm. Venereol.68(4): 291--299,
13.^ Autier P; Dore J F; Schifflers E; et al. (1995). "Melanoma and use of sunscreens: An EORTC case control study in Germany, Belgium and France". Int. J. Cancer 61: 749–755. doi:10.1002/ijc.2910610602.

أشعة سينية

الأشعة السينية (بالإنجليزية: X ray‏) هي نوع من الأشعة الكهرطيسية بطول الموجة من 10 إلى 0.01 نانومتر أي أن طاقة أشعتها بين 120 إلكترون فولت (eV) و 120 ألف إلكترون فولت (keV). تستخدم الأشعة السينية في كثير من المجالات الطبية فهي تعطى صور واضحة للعظام التي تظهر باللون الأبيض والهواء والأنسجة يظهران باللون الأسود،

اكتشافها العالم الألماني وليام رونتجن عام 1896 في جامعة فورتسبورغ، ونال عنها جائزة نوبل في الفيزياء في عام 1901.


استخدماتها
التصوير الشعاعي في الطب للكشف عن الأسنان والعظام وكسورها وتحديد مواقع الأجسام الصلبة مثل الشظايا أو الرصاص في الجسم، ووكذلك الكشف عن الأورام في الجسم،
علاج الأورام الخبيثة والقضاء عليها. فالأشعة السينية تميت الخلايا السرطانية وتقضي عليها، أما خلايا الجسم السليمة فهي تستعيد حيويتها بعد فترة نقاهة وتعود سليمة معافية.
في الصناعة تستخدم لقياس سمك المواد والكشف عن عيوبها ومراقبة الجودة والنوعية في صناعة السبائك المعدنية والقطع المستخدمة في السيارات والطائرات وغيرها.
في مجال الأمن تستخدم الأشعة السينية في مراقبة حقائب المسافرين في المطارات بحثاً عن أسلحة أو قنابل
في علم دراسة الأجسام الصلبة إذ انه باستخدام انعراج الأشعة السينية اتضح وجود تناظر معين في بعض أنواع الجوامد (البلورات) وكانت تلك بداية انطلاقة جبارة في دراسة خصائص الجوامد والتركيب البلوري, ومعرفة التركيب الذري للعناصر.
في مجال الفن استخدمت للتعرف على أساليب الرسامين والتمييز بين اللوحات الحقيقية واللوحات المزيفة، وذلك لأن الألوان المستعملة في اللوحات القديمة تحتوي على كثير من المركبات المعدنية التي تمتص الأشعة السينية، وأما الألوان المستعملة في اللوحات الحديثة فهي مركبات عضوية تمتص الأشعة السينية بكميات أقل.

أنتاج الأشعة السينية
تصدر الاشعة السينية بطريقتين:

بواسطة تعجيل (تسريع) الجسيمات المشحونة وتكون عادة إلكترونات - وهذه تكوّن أشعة انكباح Bremsstrahlung التي تشكل طيفا مستمرا (أي خليط من الموجات الكهرومغناطيسية القصيرة والقصيرة جدا).
أو عند انتقالات الإلكترون في غلاف الذرة أو الجزيئ من مستوي عال جدا للطاقة إلى مستوي منخفض. وهذه هي الاشعة السينية المتميزة بطول موجة معين، ويكون لها طاقة محددة.


وتستغل كلتا الحالتين في صمام أشعة سينية، حيث تنشأ الإلكترونات عند المهبط المتوهج (فتيل متوهج مثل فتيل اللمبة) وتسرع ثم تصتدم بالمصعد الموجب الشحنة فتنكبح بشدة. وعندئذ تنتج الأشعة السينية وحرارة. 99 % من الطاقة الكهربائية المستخدمة تظهر على هيئة حرارة ليست مفيدة وفقط 1% من الطاقة يتحول إلى الأشعة السينية. ويحدث اصتدام الإلكترونات بإلكترونات ذرات معدن المصعد وتطيح بها خارج الذرة، ونظرا لأن الذرة لا تبقى طويلا خالية من أحد إلكتروناتها، فيمتلئ المكان الشاغر بإلكترون من خارج الذرة ويصدر مع هذا الانتقال شعاعا من الأشعة السينية ذا طول موجة محددة.

ويستخدم اليوم السيراميك كمادة للمصعد ويكون مكان اصطدام الإلكترونات عليه مغطى بالموليبدنوم أو بالنحاس أو بالتنجستن.

خطورة الأشعة السينية
تنتمي الأشعة السينية إلى الإشعاعات المؤينة. أي تسبب في تأين الوسط الذي تمر فيه وذلك بفصل بعض الإلكترونات في الذرات والجزيئات. فيمكنها إحداث تغيرات في الخلايا الحية قد تؤدي إلى المرض بالسرطان. ولذلك تضع الحكومات تعليمات وقوانين تتعلق باستعمال الأشعة السينية سواء في الطب أو في الصناعة، وتراقب اتباع تلك التعليمات وتعاقب المخالفين للتعليمات طبقا للقوانين الموضوعة في هذا الشأن.

ولكن تستعمل الأشعة السينية أيضا في مكافحة مرض السرطان بطريقة تركيز الأشعة السينية على الخلايا السرطانية. ويعتبر الحامض النووي DNA في الكائنات الحية حثاث جدا للأشعة السينية، حيث يتزايد إتلافه بتزايد امتصاصه تلك الاشعة. أي أن التعرض إلى جرعة صغيرة من تلك الأشعة مهما كانت صغيرة، يكمن فيها احتمال تحول إحدى الخلايا الحية إلى خلية سرطانية. ولهذا يؤخذ هذا الاحتمال لحدوث السرطان في الاعتبار عند استخدام الأشعة السينية في التشخيص أو في العلاج.

وبصفة عامة يجب أن لا تتعرض المرأة الحامل للأشعة السينية على البدن، كما يجب الحذر جدا من استخدامها على الأطفال، وهي قد تسبب العقم عند الرجال والنساء إذا تعرضت الأجهزة التناسلية لها.

الأشعة السينية عند طبيب الأسنان
يستخدم طبيب الاسنان الأشعة السينية لتصوير الأسنان بواسطة الفيلم ومعرفة الفاسد منها من أجل وضع خطة لترميم الأسنان. إلا أن تحميض الفيلم يأخذ شيئا من الوقت. بالإضافة إلى صعوبة تخزين تلك الأفلام وتسجيلها. لذلك طورت طريقة التصوير بألأفلام وبدأت تحل محلها التصوير الرقمي بواسطة المجس الرقمي Digital sensor. وتحتاج تلك الطريقة تعرض المريض لإشعاع أقل خلال عملية التصوير. وتظهر الصورة مباشرة على شاشة المرقاب.

ويُراعى أثناء أخذ الصور بالأشعة السينية حماية أجزاء جسم المريض الأخرى التي لا تدخل في حيز الفحص من الأشعة بواسطة حوائل رصاصية. كما أن الممرضة التي تعمل على جهاز الأشعة تغادر الغرفة بعد إعدادها المريض للتصوير، وتقوم بتشغيل الجهاز من خارج الغرفة وذلك لكي لا تعرض نفسها للإشعاع. وفي العادة تجري كل ممرضة تدريبا عمليا كل خمس سنوات لمدة يوم واحد لتجديد معرفتها بأصول العمل بالأشعة والأخذ بالجديد في هذا المضمار.

وقاية من الإشعاع

الوقاية من الإشعاع هو علم حماية الإنسان من تأثير الأشعة المؤينة سواء كانت جسيمات أولية مثل البروتونات و النيوترونات أو اشعة كهرومغناطيسية عالية الطاقة مثل الأشعة السينية واشعة جاما . وقد انصبت نتائج ذلك العلم الذي يجمع بين الفيزياء و الطب في تعليمات تضعها كل دولة تختص بطرق وكمية التعامل مع المواد والأجهزة المصدرة للاشعة المؤينة ، من أجل الحفاظ على صحة وسلامة العاملين في ذلك المجال ، وكذلك المرضى الذين يعالجون بوساطة الإشعاع.

هيئات دولية
شكات الدول الأوروبية هيئة تختص بعطاء الوصايا الخاصة بالوقاية من الأشعة المؤينة و تسمى (EURATOM) . وعلى أساس وصايا تلك الهيئة تتكفل كل دولة أوروبية بوضع تلك الوصايا في قوانينها وفي تعليماتها في هذا الشان داخل حدودها. وتنبع وصايا الهيئة الأوروبية للوقاية من الأشعة المؤينة من وصايا الهيئة الدولية للوقاية من الأشعة المؤينة (ICRP). وتبني تلك الهيئة العالمية معلوماتها ووصاياها على نتائج دراسة تأثيرات الأشعاعات النووية على اليابانيين الذي اصيبوا بشعاعات قنبلتي هيروشيما و نجازاكي أثناء الحرب العالمية الثانية.

نظرية الفر-بيتا-جاموف

نظرية ألفر-بيتا-جاموف هي نظرية في علم الفلك تحمل اسم ثلاثة من علماء الفيزياء ، ويتعلق موضوعها ببحث الدكتوراة الذي كان ألفر يقوم به تحت إشراف البروفيسور جاموف وهو أنه يمكن حساب نسب تخليق الهيدروجين و الديوتيريوم و الهيليوم خلال الانفجار العظيم .

ورغم أن الأطروحة الأساسية لتلك النظرية لم تأخذ في اعتبارها بعض التفاصيل الضرورية لدراسة تكوين تلك العناصر ، إلا أن التطور العلمي اللاحق بين أن التخليق النووي الذي حدث أثناء الانفجار العظيم يتفق تماما مع المشاهدة ونسب تلك العناصر الخفيفة التي تكونت مع بداية الكون .

كتلة حرجة

الكتلة الحرجة (بالإنجليزية: critical mass ‏)في الفيزياء النووية وفيزياء المفاعلات النووية Reactor Physics هي أقل كتلة من اليورانيوم-235 أو البلوتونيوم-239 (أو بعض العناصر الأخرى فوق اليورانيوم )التي يمكن أن يتم فيها التفاعل المتسسل من دون توقف، وفي هذه الحالة يكون عدد النيوترونات داخل الكتلة الحرجة ثابتا.
لتوضيح مفهوم الكتلة الحرجة، لنتصور كرة بحجم قبضة اليد مصنوعة من اليورانيوم-235، وبعد تحفيز أولي لعملية الانشطار النووي بواسطة تسليط حزمة من النيوترونات على الكرة، سيتولد في المتوسط عدد 2.5 نيوترون جراء هذا الانشطار الأول لنواة ذرة اليورانيوم-235. وهذا يكون كافيا لبدأ انشطار ثان في نواة أخرى من اليورانيوم-235. وأثناء هذه السلسلة المتعاقبة من الانشطارات في اليورانيوم يتسرب الكثير من النيوترونات إلى خارج الكرة ولا تستطيع التفاعل. وبفقد تلك النيوترونات يتوقف التفاعل النووي. ولكن يجب أن يكون معدل تولد النيوترونات داخل الكرة مساو على الأقل لعدد النيوترونات المتسربة إلى الخارج لاستدامة التفاعلات الانشطارية. وهنا يأتي دور الكتلة الحرجة التي يمكن تعريفها بالحد الأدنى من كتلة مادة نووية معينة(يورانيوم-235 أو بلوتونيوم-239) كافية لدوام سلسلات متعاقبة من الانشطارات.

إذا كان العنصر المستخدم في عملية الانشطار النووي ذو كتلة يتطلب تسليطا مستمرا بالنيوترونات لتحفيز الانشطار الأول، فإن هذه الكتلة تسمى الكتلة دون الحرجة.

وإذا كان العنصر المستخدم في عملية الأنشطار النووي ذو كتلة قادرة على توليد سلسلات متعاقبة من الانشطار النووي حتى بدون أي تحفيز خارجي بواسطة تسليط نيوترونات خارجية فيطلق على هذه الحالة الكتلة الفوق حرجة وهي المرحلة المطلوبة لتصنيع القنبلة النووية.

توضيح الكتلة الحرجة
الحالة الحرجة لكرة من المادة النووية هي حالة متوازنة بين معدل إنتاج النيوترونات في الكتلة ومعدل هروب النيوترونات منها. وتتسم تلك الحالة المتوازنة بعدم تزايد أو تناقص للطاقة الصادرة.

والكتلة الحرجة تعتمد حسابيا على معامل تزايد النيوترونات k، حيث:

k = f − n
حيث:

f متوسط عدد النيوترونات الناتجة من الانشطار الواحد،

n متوسط عدد النيوترونات التي تغادر الكتلة من دون أن تشترك في عملية الانشطار.

فعندما تكون k = 1 ، تكون الكتلة حرجة.

تكون الكتلة دون الحرجة subcritical mass عندما لا تستطيع كتلة المادة النووية الحفاظ على استمرار الانشطار النووي . أي إذا صوبنا حزمة من النيوترونات إلى الكتلة فان معظم تلك النيوترونات سيغادر الكتلة من دون اشتراك في التفاعل . في هذه الحالة تكون k <> 1

الكتلة الحرجة لبعض المواد
بعض تلك الكتل الحرجة للكتلة الكروية العارية ، أي من دون عاكس للنيوترونات يعمل على رد النيوترونات الخارجة من الكتلة لتحفيز تفاعلها مع المادة النووية.

كتلة حرجة يورانيوم-235 : 52 كيلوجرام ، أي كرة قطر 17 سم،

كتلة حرجة بلوتونيوم-239 : 10 كيلوجرام ، أي كرة قطر 10 سم،

كتلة حرجة بلوتونيوم-240 : 40 كيلوجرام ، أي كرة قطر 15 سم،

وتعتمد الكتلة الحرجة على درجة نقاوة المادة إذ أن الشوائب تمتص النيوترونات وتمنعها من التفاعل، فمثلا إذا كان اليورانيوم-235 مخصبا بدرجة 20 % فقط تصبح الكتلة الحرجة فوق 400 كيلوجراما ، وإذا كان اليورانيوم مخصبا لدرجة 15 % تصبح الكتلة الحرجة فوق 600 كيلوجراما. أما الثلاثة أرقام المذكورة أعلاه فهي لدرجة تخصيب تبلغ 99 %.

تفاعل تسلسلي

التفاعل التسلسلي أو التفاعل السلسلي تتابع من التفاعلات حيث تؤدى النواتج أو النواتج الفرعية إلى تفاعلات أخرى.

كما يمكن التعبير عنه أنه حدوث عملية تغير فيزيائية أو كيميائية ينتج عنها تغيرات مماثلة إما أن يكون فيها أحد نواتج تفاعل ما عبارة مادة متفاعلة في التفاعل الذي يليه، أو أن تكون الطاقة المتحررة عن تفاعل ما كافية لتنشيط التفاعل التالي.

يمكن لـ معدل التفاعل التسلسلي، وهو عدد التفاعلات في الثانية، أن يزيد أو ينقص خلال هذا التفاعل التسلسلي، كما أنه يمكن أن يبقى ثابتاً
تفاعل تسلسلي كيميائي
تعد تفاعلات الاشتعال الانفجاري للمواد المتفجرة من التفاعلات التسلسلية الكيميائية حيث يؤدي تحرير الطاقة من تفاعل أولي (الضغط على الزناد على سبيل المثال) إلى زيادة معدل التفاعل التسلسلي وتزايد لكمية الطاقة المتحررة من التفاعلات الناشرة للحرارة وذلك حتى نفاد كمية المتفاعلات أو حدوثتفاعل مثبط يوقف السلسلة.

تشكل التفاعلات الجذرية مثال آخر للتفاعلات التسلسلية الكيميائية حيث يؤدي التحام الجذور مع جزيئات أخرى موجودة في نفس الوسط إلى تشكيل جذور جديدة في التفاعل الكيميائي حيث يكون ناتج التفاعل نفسه متفاعل مما يؤدي لتفاعلات أخرى مشابهة. ومثال على ذلك كل خطوة في H2 + Cl2 تقوم باستهلاك جزيء من H2 أو Cl2, وجذر حر H• أو Cl•لإنتاج جزيء من HCl وجذر حر أخر. تحدث هذه التفاعلات الجذرية غالبا في تفاعلات البلمرة أو تفاعلات التبادل الجذري

تفاعل تسلسلي انشطاري


تفاعل انشطاري تسلسلي مع اليورانيوم U-235الإنشطار النووي التسلسلي : يسبب اصطدام النيوترون مع نواة ذرة إنشطارية ،مثل يورانيوم-235 أو بلوتونيوم-239 إلى انشطار النواة وطرد من 2 إلى 3 من النيوترونات، التي تصطدم بدورها بأنوية أخرى وينتج عنه عددا أكبر من النيوترونات تشترك في التفاعل (أنظر الشكل).
يصحب ذلك الانشطار النووي الذي يتم بأكمله خلال جزء من ثانية ارتفاع مهول في درجة الحرارة والضغط، وتكون مدمرة، وعلى أساس هذا التفاعل النووي بنيت القنابل الذرية الإنشطارية. ويسمي هاذا التفاعل التفاعل الإنشطاري لأن نواة ذرة اليورانيوم-235 تنقسم خلال اصطدام النيوترون بها إلى جزئين مع اصدار عدد 2 - 3 من النيوترونات.

أما في المفاعل النووي فيجري التحكم في التفاعل المتسلسل بحيث يثبت على معدل معين، ومنع تلك الزيادة العارمة. ويجري التحكم بأن يشترك نيوترون في التفاعل ويـُمتص من النيوترونات الناتجة 1 نيوترون في مادة أخرى مثل الكادميوم والماء (اقرأ كتلة حرجة)، أي أن يُنتج كل نيوترون داخل في التفاعل نيوترونا خارج من التفاعل. ومن أجل زيادة الطاقة الناتجة يقوم المختصون بزيادة معدل التفاعل (عدد التفاعلات في الثانية)، وإذا أخفض المختصون معدل التفاعل انخفضت بالتالي الطاقة الناتجة.
تفاعل متسلسل
عندما يتفاعل النيوترون مع نواة اليورانيوم وعلى الأخص اليورانيوم-235 تنقسم النواة إلى قسمين متساويين تقريبا ً، مع إنطلاق عدد 2 من النيوترونات . فيتفاعل هذان النيوترونان مع نواتي ذرتي يورانيوم-235 ، وينشأ عن ذلك التفاعل عدد 4 من النيوترونات ، التي تتفاعل بدورها مع اليورانيوم-235 وينتجوا عدد 8 من النيوترونات ، وهكذا يستمر التفاعل بين النيوترونات مع اليورانيوم بإنتاج 16 ثم 32 ثم 64 ،... من النيوترونات ، ولذلك سمي هذا التفاعل التفاعل المتسلسل .هذه هي فكرة القنبلة الذرية حيث يتم هذا التفاعل بسرعة هائلة في ظرف فترة زمنية أقل من الثانية الواحدة ، ويصحب ذلك إنطلاق لطاقة هائلة على هيئة حرارة تقدر بملايين الدرجات كما يظهر جزء من تلك الطاقة على هيئة إشعاع ذري بالغ الشدة مميت للأحياء التي تـُصاب به .

يتم هذا التفاعل أيضا ً في المفاعلات النووية التي تولد الطاقة ولكن بطريقة منتظمة ، بحيث لا يتزايد معدل تفاعل النيوترونات مع اليورانيوم-235 ، بل يـُضبط هذا المعدل عند مستوى مرغوب فيه لتوليد الطاقة . ونحصل على هذا الإنضباط أولا بالماء الموجود في المفاعل وهو يعمل على إمتصاص الزائد من النيوترونات ، بالإصافة إلى تزويد المفاعل بقضبان من مادة تمتص بشدة النيوترونات ، وهذه المادة هي معدن الكادميوم . وبوساطة تلك القضبان يتم تشغيل وضبط المفاعل الذري ، كما بواسطة تغطيس قضبان الكادميوم كليةً في المفاعل يمكن توقيف سريان التفاعل وإغلاقه . ويُستفاد من الطاقة المولدة في المفاعل بتحويلها إلي طاقة كهربائية نستغلها في الصناعة ، والإنارة ، وفي الاستعمال المنزلي .