الملخص يُعدّ توهين الأشعة المؤينة من المفاهيم الأساسية في الفيزياء الطبية، إذ يصف انخفاض شدة الحزمة الإشعاعية عند مرورها خلال المادة نتيجة الامتصاص والتشتت. وتبرز أهميته في تكوين الصور الطبية، وتخطيط العلاج الإشعاعي، وتصميم الحواجز الواقية. تستعرض هذه المقالة مفهوم التوهين، وآليات تفاعل الفوتونات مع المادة، والعوامل المؤثرة فيه، مع توضيح العلاقة الرياضية المستخدمة لوصفه وأبرز تطبيقاته الطبية. الكلمات المفتاحية: الأشعة المؤينة، التوهين، معامل التوهين الخطي، الأشعة السينية، أشعة غاما، الحماية الإشعاعية. المقدمة تُستخدم الأشعة المؤينة في تشخيص الأمراض وعلاجها، لما تمتلكه من قدرة على اختراق الأنسجة والتفاعل معها. وأثناء مرور الإشعاع خلال الجسم أو أي مادة أخرى، تنخفض شدة الحزمة الأصلية بسبب امتصاص بعض فوتوناتها أو تشتتها بعيدًا عن اتجاهها الأول. وتُعرف هذه الظاهرة بالتوهين. تركز هذه المقالة على توهين الأشعة السينية وأشعة غاما، وهما إشعاعان كهرومغناطيسيان يتكونان من فوتونات. أما الجسيمات المشحونة، مثل جسيمات ألفا وبيتا، فتختلف طريقة فقدانها للطاقة ومرورها في المادة، ولا تُوصف عمومًا بالعلاقة الأسية البسيطة نفسها. مفهوم التوهين والفرق بينه وبين الامتصاص التوهين هو انخفاض شدة الحزمة الأولية نتيجة إزالة فوتونات منها بفعل الامتصاص أو التشتت. أما الامتصاص فيشير إلى انتقال طاقة الإشعاع إلى المادة. لذلك، فإن التوهين أوسع من الامتصاص؛ فقد يغادر الفوتون اتجاه الحزمة نتيجة التشتت مع احتفاظه بجزء من طاقته أو بمعظمها. وهذا التمييز مهم في الحماية الإشعاعية، لأن الإشعاع المتشتت قد يصل إلى مناطق خارج الحزمة المباشرة ويسهم في تعرض العاملين أو يؤثر في جودة الصورة. آليات تفاعل الفوتونات مع المادة 1. التأثير الكهروضوئي يمتص إلكترون مرتبط بالذرة طاقة الفوتون كاملة، فيتحرر من الذرة إذا كانت الطاقة كافية للتغلب على طاقة ارتباطه. وتزداد أهمية هذا التفاعل عمومًا عند طاقات الفوتونات المنخفضة وفي المواد ذات العدد الذري المرتفع. ويسهم في اختلاف التوهين بين الأنسجة، وفي تكوين التباين في الصور الشعاعية. 2. تشتت كومبتون يتفاعل الفوتون مع إلكترون وينقل إليه جزءًا من طاقته، ثم يتشتت في اتجاه مختلف بطاقة أقل. ويُعد هذا التفاعل مهمًا في الأنسجة الرخوة عبر نطاق واسع من الطاقات الطبية، كما أن الفوتونات المتشتتة قد تقلل تباين الصورة وتسهم في التعرض الإشعاعي خارج الحزمة الأصلية. 3. إنتاج الأزواج يمكن للفوتون عالي الطاقة، عند تفاعله في مجال النواة، أن يتحول إلى إلكترون وبوزيترون. ويتطلب ذلك طاقة لا تقل عن 1.022 ميغا إلكترون فولت. ولهذا لا يحدث هذا التفاعل عند طاقات التصوير الشعاعي التشخيصي المعتادة، لكنه قد يسهم في التوهين عند طاقات العلاج الإشعاعي العالية. 4. التشتت المتماسك يتغير فيه اتجاه الفوتون دون فقد ملحوظ في طاقته. وتكون مساهمته عادةً أقل من التفاعلات الرئيسية الأخرى في كثير من التطبيقات الطبية، لكنه يُعد إحدى آليات إزالة الفوتونات من اتجاه الحزمة. القانون الرياضي للتوهين يمكن وصف توهين حزمة فوتونية ضيقة وأحادية الطاقة، تمر خلال مادة متجانسة مع استبعاد الإشعاع المتشتت من القياس، بالعلاقة: [ I = I_0 e^{-\mu x} ] حيث: (I_0): شدة الإشعاع الساقط قبل دخوله المادة. (I): شدة الإشعاع النافذ غير المتشتت بعد عبوره المادة. (\mu): معامل التوهين الخطي، ووحدته مثلًا (\mathrm{cm}^{-1}). (x): سمك المادة، ويُقاس بالسنتيمتر عند استخدام الوحدة السابقة. (e): أساس اللوغاريتم الطبيعي. توضح المعادلة أن شدة الحزمة تنخفض أسيًا بزيادة سمك المادة. كما أن ارتفاع معامل التوهين يعني انخفاضًا أكبر في الشدة عند السمك نفسه. ولا يمثل معامل التوهين وحده مقدار الطاقة الممتصة أو الجرعة الإشعاعية. مثال توضيحي: إذا كانت الشدة الابتدائية (100) وحدة، ومعامل التوهين (0.2\ \mathrm{cm}^{-1})، وسمك المادة (5\ \mathrm{cm})، فإن: [ I = 100e^{-(0.2\times5)} \approx 36.8 ] أي إن نحو 36.8% من شدة الحزمة الأولية يبقى نافذًا دون تفاعل وفق شروط هذا النموذج. أما الحزم متعددة الطاقات، مثل الحزم المستخدمة في أجهزة الأشعة السينية التشخيصية، فقد تتغير طاقتها المتوسطة خلال عبور المادة بسبب إزالة الفوتونات الأقل طاقة بصورة أكبر، وهي ظاهرة تُعرف بتصلب الحزمة. كذلك، يتطلب وجود الإشعاع المتشتت حسابات تتجاوز النموذج البسيط للحزمة الضيقة. العوامل المؤثرة في التوهين يتأثر التوهين بطاقة الفوتونات وتركيب المادة وكثافتها وسمكها. وتختلف مساهمة كل آلية تفاعل باختلاف الطاقة والعدد الذري؛ لذلك لا يمكن افتراض أن معامل التوهين يتغير بالطريقة نفسها في جميع المواد وعند جميع الطاقات. وتؤدي زيادة السمك إلى زيادة فرص التفاعل، بينما تؤثر الكثافة في عدد الذرات والإلكترونات الموجودة في وحدة الحجم. وللمقارنة بين المواد مع أخذ الكثافة بالحسبان، يُستخدم معامل التوهين الكتلي (\mu/\rho)، حيث تمثل (\rho) كثافة المادة. التطبيقات في الفيزياء الطبية التصوير الطبي: تعتمد صور الأشعة السينية على اختلاف التوهين بين العظام والأنسجة الرخوة والهواء. ويستفيد التصوير المقطعي المحوسب من قياسات التوهين المأخوذة من اتجاهات متعددة لإعادة بناء صور مقطعية للجسم. العلاج الإشعاعي: يساعد فهم التوهين في نمذجة انتقال الحزم العلاجية داخل الأنسجة. إلا أن حساب الجرعة يتطلب أيضًا مراعاة التشتت وانتقال الطاقة وحركة الإلكترونات الثانوية واختلاف تركيب الأنسجة، ولا يعتمد على قانون التوهين وحده. الحماية الإشعاعية: يُستخدم التوهين أساسًا لاختيار مواد الحواجز الواقية وسماكاتها، مثل الرصاص والخرسانة. ويعتمد التصميم الفعلي على طاقة الإشعاع وعبء العمل والمسافات والإشعاع المتشتت والتسرب من الأجهزة. الطب النووي: قد يؤدي توهين فوتونات غاما داخل الجسم إلى تقليل الإشارة المسجلة من الأنسجة العميقة؛ لذلك تُستخدم تقنيات تصحيح التوهين لتحسين دقة توزيع النشاط الإشعاعي في الصور. الخاتمة يمثل توهين الأشعة المؤينة أساسًا علميًا لفهم انتقال الإشعاع خلال المادة والاستفادة منه طبيًا. ويساعد إدراك آلياته والعوامل المؤثرة فيه على تفسير الصور الطبية، ودعم دقة التخطيط العلاجي، وتصميم وسائل الحماية المناسبة. ويظل الاستخدام الصحيح لقانون التوهين مرتبطًا بفهم شروط تطبيقه والتمييز بين انخفاض شدة الحزمة وامتصاص الطاقة والجرعة التي تتلقاها الأنسجة. جامعة المستقبل – الجامعة الأولى في العراق