Uranium radioisotopes 234U, 235U and 238U in the environment samples collected near Kowary in the Sudeten Foothills (southwestern Poland)

تخيل الأرض كمكتبة ضخمة تتحرك ببطء، حيث الصخور والتربة والمياه هي الكتب. داخل هذه الكتب، توجد شخصيات صغيرة غير مرئية تسمى نظائر اليورانيوم. فكر فيها كإخوة ثلاثة: 238U و235U و234U. جميعهم مصنوعون من المادة نفسها، لكن لديهم أوزان مختلفة و"مؤقتات" مختلفة تخبرهم متى يتفككون ويطلقون الطاقة. في عالم مثالي وغير مضطرب، سيكون هؤلاء الإخوة في حالة من التوازن، مثل أوركسترا مضبوطة بدقة حيث يعزف الجميع بنفس مستوى الصوت تماماً. لكن الطبيعة نادراً ما تكون مثالية. أحياناً، يعمل الوسط المحيط كقائد فرقة مشاكس، يفصل بين الإخوة. على سبيل المثال، قد تجرف المياه الأخ الأصغر والأكثر طاقة (234U) بينما تترك الأخ الأثقل (238U) خلفها في الصخور. هذا يخلق "عدم توازن"، وهو دليل يمكن للعلماء استخدامه لمعرفة كيف تتحرك المياه، وكيف تتجوى الصخور، وأين سافر اليورانيوم.

لماذا يهتم أي شخص بهذه الدراما العائلية غير المرئية؟ لأن اليورانيوم هو الوقود الذي يمكن أن يمد مدننا في المستقبل بالطاقة، ولكنه أيضاً عنصر مشع يحتاج إلى فهمه للحفاظ على سلامتنا. في بولندا، وتحديداً في سفوح سوديت (Sudeten Foothills)، توجد مناجم قديمة تم استخراج اليورانيوم منها قبل عقود. الآن، يريد العلماء معرفة: هل أفسدت عمليات التعدين الحي المجاورة؟ هل النباتات والتربة تعمل كإسفنجة، تمتص هذا الأخ المشع، أم أنها مجرد تمرره عبرها؟ من خلال الاستماع إلى "موسيقى" هذه النظائر، يمكن للباحثين معرفة ما إذا كان اليورانيوم في النبات قد جاء من الأرض، أو من المطر، أو من أكوام نفايات التعدين القديمة. الأمر يشبه كونك محققاً، ولكن بدلاً من بصمات الأصابع، أنت تبحث عن النسب الذرية لحل لغز المكان الذي كان يختبئ فيه اليورانيوم.

---

قضية الإخوة المشعين في كوفاري

في التلال الغابوية الهادئة بالقرب من كوفاري في جنوب غرب بولندا، قرر فريق من العلماء من جامعة غدانسك ومعهد الفيزياء النووية لعب دور المحقق. لم يكونوا يبحثون عن شخص مفقود، بل عن حركة نظائر اليورانيوم في البيئة التي تركتها المناجم القديمة. بين عامي 1948 و1963، كانت هذه المناجم مشغولة باستخراج اليورانيوم، غالباً لإرساله للاستخدام العسكري. الآن، ومع تفكير بولندا في الطاقة النووية مرة أخرى، يتم النظر إلى أكوام نفايات التعدين القديمة كصندوق كنز محتمل للوقود. ولكن قبل أن نحفرها مرة أخرى، نحتاج إلى معرفة: كيف يتصرف هذا اليورانيوم في البرية؟

جمع الباحثون مزيجاً من العينات: صخور، تربة، ومجموعة متنوعة من النباتات مثل أشجار الروان، وأشجار اللاريكس، والسرخس، وحتى الفطريات التي تنمو مباشرة فوق نفايات التعدين. أرادوا معرفة مقدار اليورانيوم الموجود في هذه العينات، والأهم من ذلك، كيف تتصرف "الأشقاء" المختلفة من اليورانيوم بالنسبة لبعضها البعض.

النتائج الكبرى: حكاية نسبتين

وجد الفريق أن كمية اليوراني_ن في العينات كانت متفاوتة للغاية، حيث تباينت بفارق هائل. تم العثور على أدنى تركيز في إبر شجرة لاريكس صغيرة تنمو على كومة النفايات، بنسبة ضئيلة بلغت 0.07 ± 0.01 ملجم/كجم. وفي الطرف الآخر من الطيف، كانت أوراق الروان التي تنمو على نفس الكومة مليئة باليورانيوم، لتصل إلى رقم ضخم قدره 14.8 ± 0.3 ملجم/كجم. هذا الاختلاف الهائل يخبرنا أن بعض النباتات أفضل بكثير في التقاط اليورانيوم من التربة من غيرها.

لكن القصة الحقيقية ليست فقط في مقدار اليورانيوم الموجود هناك؛ بل في التوازن بين الإخوة.

الاختلال الكبير (234U مقابل 238U)
اكتشف العلماء أن الأخوين المشعين 234U و238U لم يكونا في تناغم بالتأكيد. في عالم مثالي، ستكون نسبة نشاطهما (وهي مقياس لمدى نشاطهما مقارنة ببعضهما البعض) هي 1.0. في هذه العينات، كانت النسبة متقلبة في كل مكان، حيث تراوحت من 0.81 (وُجدت في فطر "البركيت" عند مدخل المنجم) وصولاً إلى 1.70 (وُجدت في إبر اللاريكس على الكومة).

هذا الاختلال هو دليل ضخم. يقترح الباحثون أن النسبة العالية في إبر اللاريكس (1.70) هي بصمة لمياه الأمطار. يبدو أن الإبر تلتقط اليورانيوم مباشرة من المطر، والذي يتميز طبيعياً بنسبة عالية من 234U/238U. وفي الوقت نفسه، فإن اليورانيوم في جذع الشجرة وساقها يمتلك نسبة أقرب إلى 1.04، مما يبدو أكثر شبهاً باليورانيوم القادم من التربة ومن أرضية الكومة. الأمر كما لو أن الشجرة تمتلك أنبوبي مياه مختلفين: أحدهما يجلب يورانيوم المصدر المطر، والآخر يجلب يورانيوم المصدر الأرضي، وهما يمتزجان في أجزاء مختلفة من الشجرة.

الأخ الهادئ (235U مقابل 238U)
بينما كان 234U يسبب الفوضى، كان الأخ الآخر 235U يتصرف بهدوء شديد. بلغ متوسط نسبة نشاط 235U إلى 238U حوالي 0.068 ± 0.018، وهي قريبة جداً من قيمة 0.046 النموذجية لليورانيوم الطبيعي الموجود في كل مكان على الأرض. وعندما استخدم العلماء جهازاً فائق الدقة يسمى مطياف الكتلة لقياس النسب الذرية، وجدوا أن النسبة الذرية لـ 235U/238U كانت ثابتة بشكل لا يصدق، حيث تراوحت فقط بين 0.007257 و0.00755. وهذا قريب جداً من النسبة 0.007255 التي نتوقعها في الطبيعة.

هذا يخبرنا بشيء مهم: اليورانيوم في هذه المنطقة طبيعي. لم يتم معالجته أو تخصيبه من قبل البشر (والذي من شأنه أن يغير نسبة 235U بشكل كبير). إنه مجرد يورانيوم الأرض الطبيعي، يتحرك حول التربة والنباتات.

الحكم النهائي
خلصت الدراسة إلى أن أكوام التعدين في كوفاري هي بالفعل مصدر لليورانيوم للنباتات المحلية، حيث تعمل أشجار الروان مثل الإسفنج، تمتص كميات هائلة منه. وحقيقة أن نسب اليورانيوم لا تزال تبدو "طبيعية" تشير إلى أنه بينما قام التعدين بتحريك اليورانيوم من مكان لآخر، إلا أنه لم يغير هويته الذرية الأساسية.

كما يشير الباحثون إلى أن أوراق الروان، ذات المحتوى العالي من اليورانيوم، قد تكون في الواقع مصدراً محتملاً لإنتاج الوقود النووي المستقبلي. ومع ذلك، فهم حذرون في قول إن هذا مصدر محتمل، وليس حلاً مضموناً.

الخلاصة
الجزء الأكثر إثارة في هذه الورقة البحثية ليس مجرد الأرقام؛ بل هو المنهجية. لقد أظهر الفريق أن استخدام أداتين مختلفتين — مطيافية ألفا (التي تقيس الإشعاع) ومطيافية الكتلة (التي تعد الذرات) — معاً يعطي صورة أوضح بكثير لرحلة اليورانيوم مما لو استخدمت واحدة فقط. الأمر يشبه الاستماع إلى أغنية بكلتا أذنيك وعينيك في آن واحد؛ تحصل على الإيقونة واللحن، وفجأة، تصبح القصة بأكملها مفهومة. يوفر هذا النهج طريقة جديدة وقوية للتحقيق في كيفية انتقال اليورانيوم عبر بيئتنا، مما يساعدنا على فهم القصص الخفية المكتوبة في الصخور والجذور في سفوح سوديت.