العدو الصامت في الأعمدة الخرسانية

كيف تكشف تقنيات الرصد النووي الإشعاع المختبئ في مواد البناء؟

يقف الغرانيت الأسود اللامع في بهو أحد الأبراج الفاخرة كرمز للثراء والصلابة، بينما يمر عشرات الموظفين يومياً فوق أرضية من الرخام المصقول دون أن يخطر ببالهم أن هذا الحجر، الذي انتُزع من أعماق الأرض قبل ملايين السنين، ربما يحمل في تركيبته الذرية عداداً زمنياً صامتاً يتحلل ببطء، ويطلق في الهواء المحيط غازاً عديم اللون والرائحة يُصنّفه العلماء كثاني أكبر مسبب لسرطان الرئة عالمياً بعد التدخين مباشرة. هذه ليست فرضية خيالية، بل نتيجة مباشرة لخاصية طبيعية تُعرف بالمواد المشعة الموجودة طبيعياً، والتي تحملها بعض الصخور النارية كالغرانيت منذ تكوّنها الجيولوجي. والمفارقة أن العلم الذي طوّر أدق الأدوات لرصد هذه الظاهرة لم يكن أصلاً موجّهاً لصناعة البناء، بل نشأ في مختبرات علوم المحيطات والبيئة المائية، حيث كان الباحثون يحاولون تتبّع كميات ضئيلة جداً من عنصر الراديوم في مياه البحار العميقة.

حين يتحول علم قياس المحيطات إلى أداة لفحص الواجهات الحجرية

الفكرة الأساسية في هذا الحقل العلمي تقوم على معضلة تقنية بحتة: عنصر الراديوم-228 لا يمكن رصده مباشرة بأجهزة الطيف الإشعاعي لأنه يصدر طاقة إشعاعية بيتا ضعيفة جداً لا تكاد تُلتقط. لذلك يلجأ الباحثون إلى “خدعة” علمية ذكية، وهي قياسه بشكل غير مباشر من خلال ابنه الإشعاعي الأكتينيوم-228، الذي ينتج عنه خلال ساعات معدودة ويصدر أشعة غاما قوية وواضحة يسهل رصدها بواسطة الكواشف الومضية. هذه الكواشف، وأشهرها البلورات المصنوعة من يوديد الصوديوم المنشّط بالثاليوم، تعمل كعدسات حساسة تترجم الإشعاع غير المرئي إلى إشارات ضوئية قابلة للقياس والتحليل. والأهم من ذلك هو تقنية “الألياف المطلية بأكسيد المنغنيز”، وهي عبارة عن خيوط أكريليك مغموسة في محلول ساخن مشبع من برمنجنات البوتاسيوم حتى تتحول إلى اللون الأسود الفاحم، فتكتسب القدرة على التقاط جزيئات الراديوم الذائبة في كميات هائلة من المياه، بكفاءة شبه كاملة. والسؤال الذي يفرض نفسه هنا على أي مهندس معماري متابع: إذا كانت هذه التقنية قادرة على اصطياد آثار الراديوم الضئيلة من آلاف اللترات من مياه المحيط، أفلا يمكن تطويعها لفحص كتلة حجرية واحدة من الغرانيت الأحمر المستخدم في واجهة مبنى سكني؟

الغرانيت والرخام: زينة معمارية أم مصدر إشعاعي مؤجل؟

الصخور النارية، وعلى رأسها الغرانيت، تتشكل من صهارة بركانية تحمل في تركيبها المعدني نسباً متفاوتة من اليورانيوم والثوريوم، وهما العنصران الأصليان اللذان تتحلل منهما سلسلة طويلة من النظائر المشعة، من بينها الراديوم بنوعيه 226 و228. وما يجعل الأمر أكثر إلحاحاً في السياق المعماري هو أن الراديوم يتحلل بدوره إلى غاز الرادون، وهو غاز خامل كيميائياً لكنه مشع فيزيائياً، وقادر على التسرب عبر المسام الدقيقة للحجر إلى الهواء الداخلي للمبنى، خصوصاً في المساحات المغلقة سيئة التهوية كالبدرومات وغرف الأرشيف والمصاعد. الدراسات المرجعية التي استعرضها الباحث جيا وزملاؤه، والتي تناولت منهجيات القياس الإشعاعي البيئي بشكل شامل، أكدت أن التحليل الطيفي بأشعة غاما يظل الأداة الأكثر عملية لأنه يسمح، على عكس معظم التقنيات الأخرى، بقياس الراديوم-226 والراديوم-228 في آن واحد من نفس العينة، وهي ميزة حاسمة لو أراد مختبر فحص مواد بناء أن يقدّم تقريراً شاملاً عن حجر واحد بدلاً من تكرار الاختبارات.

من بئر بحري عميق إلى كتلة حجرية: كيف تُجهَّز العينة للقياس؟

أحد أكثر الجوانب إثارة في هذا البحث هو التفاصيل الدقيقة لتحضير العينة قبل قياسها، وهي خطوة تحمل دروساً مباشرة لأي مختبر يرغب في تطبيق مفهوم مشابه على مواد البناء. الباحثة دولايوفا وزميلها بورنيت طوّرا طريقة تعتمد على حرق الألياف الملوّثة بالراديوم داخل بوتقات من الفولاذ المقاوم للصدأ عند حرارة 550 درجة مئوية لمدة ست ساعات، ثم ضغط الرماد الناتج إلى قرص رقيق لا يتجاوز سمكه ثلاثة ملليمترات، وإغلاقه بإحكام باستخدام مادة سيليكونية لمنع تسرب غاز الرادون أثناء القياس. هذه التفاصيل التقنية، وإن بدت بعيدة عن هموم المعماري، تحمل رسالة عملية واضحة: قياس الإشعاع في مادة صلبة كالحجر ليس عملية عشوائية، بل يتطلب بروتوكولاً صارماً لضمان احتباس الغازات المنبعثة داخل هيكل القياس نفسه، تماماً كما يجب أن تُحتبس أي انبعاثات محتملة داخل كتلة الحجر المثبتة في واجهة مبنى، لا أن تتسرب بحرية إلى الفراغ الداخلي المسكون.

كما أظهرت دراسة مقارنة أجراها شوبرت وفريقه أن أفضل طريقة عملية لتجهيز الألياف للقياس هي ضغطها في هيئة أقراص مدمجة بمادة لاصقة، لأنها تحقق التوازن الأمثل بين سهولة التحضير وتقليل ما يُعرف بظاهرة “التوهين الذاتي”، أي امتصاص المادة نفسها لجزء من الإشعاع الصادر منها قبل وصوله إلى الكاشف، وهي ظاهرة تشبه إلى حد كبير كيف يمكن لسماكة بلاطة رخامية أن تحجب جزءاً من انبعاثها الإشعاعي عن أي جهاز قياس محمول يُستخدم في موقع المبنى، ما يستدعي بروتوكولات فحص دقيقة تراعي سماكة وكثافة المادة المفحوصة.

الكاشف الرخيص مقابل الكاشف الدقيق: معضلة تنطبق على مواقع البناء

يكشف البحث عن معضلة عملية مهمة جداً لأي جهة تفكر في تبني هذه التقنية ميدانياً في قطاع الإنشاءات: هناك نوعان رئيسيان من الكواشف، الأول كواشف الجرمانيوم عالية النقاء التي توفر دقة طيفية استثنائية تسمح بفصل كل خط إشعاعي عن الآخر بوضوح، لكنها باهظة الثمن وتحتاج تبريداً مستمراً بالنيتروجين السائل، والثاني هو الكواشف الومضية من يوديد الصوديوم، وهي أرخص بكثير وأكثر متانة وقابلية للنقل الميداني، لكنها تعاني من ضعف في الدقة الطيفية يجعلها غير قادرة على فصل الخطوط الإشعاعية المتقاربة، فتضطر بدلاً من ذلك لدمجها في “قمة معقدة” عريضة تُحلَّل إحصائياً. الباحثان كليفورد وهيغينز أثبتا أن هذا النوع من الكواشف الرخيصة يمكنه فعلاً تحقيق نتائج مقبولة باستخدام برامج مطابقة إحصائية للطيف الكامل، وهو ما يعني عملياً أن أي شركة مقاولات أو هيئة رقابة على مواد البناء ليست مضطرة لاقتناء معدات مخبرية باهظة الثمن، بل يمكنها الاعتماد على كواشف ومضية محمولة أرخص تكلفة بكثير، شريطة الاستعانة بتحليل إحصائي دقيق للطيف الناتج، تماماً كما أوصى الباحث أور بأن أنظمة التزامن بين كاشفي بيتا وغاما يمكنها رفع كفاءة الرصد إلى ما يقارب أربعة أضعاف الطريقة التقليدية، مع الحفاظ على تكلفة لا تتجاوز ثلث تكلفة نظام الجرمانيوم عالي الدقة.

نحو جواز سفر إشعاعي لمواد التشطيب الحجرية

إذا كانت الأبحاث المستعرضة تؤكد أن حدود الكشف الممكن تحقيقها بهذه التقنيات تصل إلى مستويات دقيقة جداً، تُقاس بأجزاء من المليبيكريل في اللتر الواحد كما أوضحت دراسة فاسيلي وزملائه، فإن السؤال المطروح على مستوى صناعة البناء لم يعد تقنياً، بل تنظيمياً بالكامل. لا توجد حالياً في معظم أكواد البناء الإقليمية والدولية اشتراطات إلزامية تفرض إصدار شهادة إشعاعية واضحة لكل دفعة حجرية مستوردة أو مستخرجة محلياً، خصوصاً الأنواع الداكنة اللون من الغرانيت التي تُظهر تاريخياً نسباً أعلى من اليورانيوم والثوريوم في تركيبها المعدني مقارنة بالحجر الجيري أو الرخام الأبيض. الدرس المستفاد من دقة هذه المنهجيات العلمية، التي طُوّرت أصلاً لتتبع مسارات المياه الجوفية وحركة التيارات المحيطية، هو أنها تقدّم بروتوكولاً جاهزاً وقابلاً للتكييف: فحص العينة الحجرية، احتساب فترة زمنية كافية لوصول النظير الابن إلى حالة الاتزان الإشعاعي مع أصله (وهي في هذه الحالة نحو ثلاثين ساعة فقط)، ثم القياس بواسطة كاشف ومضي مدعوم بتحليل إحصائي. تبني معايير مشابهة، ولو بصيغة مبسطة، ضمن كودات التشطيبات الداخلية، خصوصاً في الفراغات المغلقة كالمكاتب وغرف النوم والمصاعد، يمكن أن يحوّل هذه التقنية النووية الدقيقة من أداة بحثية محصورة في مختبرات علوم البيئة، إلى معيار رقابي عملي يحمي شاغلي المباني من مخاطر إشعاعية طويلة الأمد لا تُرى بالعين المجردة، لكنها تتراكم صامتة خلف كل واجهة رخامية لامعة.

✦ ArchUp Editorial Insight

التعرض للرادون الناتج عن التشطيبات الحجرية ليس فشلاً في المادة نفسها، بل فشل في المواصفة الفنية. المحاجر تُصنّف الغرانيت والرخام بناءً على اللون والعروق والتلميع، ولا تُصنّفه أبداً بناءً على محتواه من اليورانيوم والثوريوم، لأن لا وثيقة توريد تطلب ذلك حتى الآن. تقنيات الرصد المستعرضة هنا، والتي صُقلت على مدى عقود في أبحاث المحيطات والمياه الجوفية لتتبع الراديوم عند مستويات دقيقة جداً، هي حساسة بما يكفي لفحص شحنة حجرية كاملة قبل خروجها من المحجر. المفقود ليس القدرة التقنية، بل الإلزام: لا توجد جهة في السلسلة — لا المحجر ولا المعماري ولا المقاول — مكلّفة حالياً بمسؤولية الفحص الإشعاعي قبل التركيب. الضغط الاقتصادي سيفضّل دائماً الدفعة الأرخص وغير المفحوصة، خصوصاً الأنواع الداكنة ذات الكثافة المعدنية الأعلى. وإلى أن يصبح الفحص الإشعاعي بنداً ثابتاً في دفتر المواصفات لا أمراً اختيارياً خارجه، سيستمر الحجر في اجتياز كل فحص بصري بينما يفشل في فحص لم يُدرَج أصلاً على الجدول.

المراجع

دولايوفا هـ.، بورنيت و. س. “طريقة فعالة للتحليل الطيفي بأشعة غاما لتحديد الراديوم 226 و228 عبر ألياف المنغنيز”. مجلة علم المحيطات والليمنولوجيا: المناهج، 2004.

ميشيل ج.، مور و. س.، كينغ ب. ت. “التحليل الطيفي بأشعة غاما لتحديد الراديوم-228 والراديوم-226 في المياه الطبيعية”. مجلة الكيمياء التحليلية، 1981.

فاسيلي م.، بينديك ل.، ألتزيتزوغلو ت.، وآخرون. “تحديد الراديوم-226 والراديوم-228 في المياه المعدنية – مقارنة بين الطرق”. مجلة الإشعاع التطبيقي والنظائر، 2010.

خان ب.، روسون ر.، كانترل ج. “تحليل الراديوم-228 والراديوم-226 في إمدادات المياه العامة باستخدام مطياف أشعة غاما”. مجلة الفيزياء الصحية، 1990.

ناكانو-أوتا ت.، ساتو ج. “تحديد الراديوم-228 والراديوم-226 في مياه البحر المجمّعة على ألياف أكريليك مشبعة بالمنغنيز”. مجلة النظائر المشعة، 2006.

نور س.، الشرقاوي أ.، بورنيت و. س.، هورويتز إ. ب. “تحديد الراديوم-228 في المياه الطبيعية عبر التركيز على ثاني أكسيد المنغنيز والفصل باستخدام راتنج التبادل الأيوني ديفونكس”. مجلة الإشعاع التطبيقي والنظائر، 2004.

جيا ج.، جيا ج. “تحديد نظائر الراديوم في العينات البيئية بواسطة التحليل الطيفي بأشعة غاما والعد الومضي السائل ومطيافية ألفا: مراجعة للمنهجية التحليلية”. مجلة الإشعاع البيئي، 2012.

مور و. س. “قياسات نظائر الراديوم باستخدام كواشف الجرمانيوم”. أدوات ومناهج نووية في أبحاث الفيزياء، 1984.

كليفورد د. أ.، هيغينز إ. أ. “قياس الراديوم-226 والراديوم-228 في المياه بواسطة العد بأشعة غاما بعد التركيز المسبق على راتنج التبادل الأيوني”. مجلة الفيزياء الصحية، 1992.

ميدلي ب.، مارتن ب.، بولهوفر أ.، باري د. “قياس الراديوم-228 والراديوم-226 على مصدر مترسب مشترك من كبريتات الباريوم”. مجلة الإشعاع التطبيقي والنظائر، 2015.

مور و. س. “أخذ عينات الراديوم-228 في المحيط العميق”. أبحاث أعماق البحار والملخصات الأوقيانوغرافية، 1976.

أور ج. س. “تقييم طرق العد للراديوم-228 المحيطي”. مجلة الأبحاث الجيوفيزيائية: المحيطات، 1988.

شوبرت م.، أوبرايش م.، شولتن ج. “تحضير الألياف المطلية بثاني أكسيد المنغنيز للقياسات الطيفية بأشعة غاما – مقارنة بين أربعة أساليب عملية”. مجلة الإشعاع البيئي، 2018.

بيترسون ر. ن.، بورنيت و. س.، ديموفا ن.، سانتوس إ. ر. “مقارنة طرق القياس للراديوم-226 على ألياف المنغنيز”. مجلة علم المحيطات والليمنولوجيا: المناهج، 2009.

باراتا إ. ج.، لومسدن إ. م. “تحديد الراديوم-228 في الأغذية والمياه”. مجلة الرابطة الدولية لكيميائيي التحليل الرسميين، 1982.

لينغر ف.، توماس ج. “تحديد نشاط الراديوم-226 في حالة عدم الاتزان بواسطة التحليل الطيفي الومضي بأشعة غاما”. أدوات ومناهج نووية، 1971.