تُستخدم تقنية حيود الأشعة السينية ـــX-ray diffraction (XRD) لفهم بنية المواد على المستوى الذري والجزيئي. الامر مثل امتلاك قوة خارقة تتيح لنا النظر داخل المواد ورؤية بنيتها المخفية. يمكننا فهم خصائص المواد، وتطوير مواد جديدة ذات خصائص مخصصة، كما يمكننا حل بعض أكبر الألغاز في العلوم, عبر تطبيقات في مجموعة واسعة من المجالات، بدءًا من علوم المواد والكيمياء وحتى الجيولوجيا والبيولوجيا. وقد تم استخدام قتنية حيود الآشعة لدراسة كل شيء من المعادن والفلزات إلى البروتينات والفيروسات. فكما تحدثنا في المقالات السابقة عن إمكانية استخدام المجهر الإلكتروني الماسح (SEM) لدراسة سطح العينة، وإنشاء صورة ثلاثية الأبعاد. يشيع استخدام (SEM) لدراسة شكل سطح المواد، وكذلك استخدام المجهر الإلكتروني النافذ (TEM) لتكوين صورة للبنية الداخلية للعينة. ويشيع استخدامه لدراسة بنية المواد، والعيوب في المواد. سنتحدث في هذا المقال عن استخدام تقنية XRD لدراسة بنية المواد في الظروف القاسية، مثل الضغوط العالية ودرجات الحرارة. أحد أكثر تطبيقات XRD إثارةً هو دراسة المواد النانوية.

ما هي تقنية حيود الأشعة السينية وكيف تعمل؟

الأشعة السينية هي نوع من الإشعاع الكهرومغناطيسي بطول موجي يشبه المسافة بين الذرات في البلورات. عندما يتم تسليط الأشعة السينية على البلورة، فإنها تتناثر بواسطة الذرات الموجودة في البلورة. من ثم تتداخل الأشعة السينية المتناثرة مع بعضها البعض، ويسمى النمط الناتج من الأشعة السينية المتناثرة نمط الحيود. يحتوي نمط الحيود على معلومات حول المسافات بين الذرات الموجودة في البلورة والزوايا التي انحرفت عندها الأشعة السينية.

للحصول على نمط الحيود، توضع بلورة في مسار شعاع الأشعة السينية، ويتم وضع الكاشف لالتقاط الأشعة السينية المنحرفة. يتم تدوير البلورة، ويسجل الكاشف شدة الأشعة السينية المنحرفة بزوايا مختلفة. من خلال تحليل نمط الحيود الناتج، يمكن للعلماء إعادة بناء بنية البلورة. يُعتبر تحليل XRD بصمة للمواد. وكما أن كل شخص لديه بصمة فريدة، فإن كل مادة لها نمط XRD فريد. ومن خلال مقارنة نمط XRD لمادة ما بقاعدة بيانات للأنماط المعروفة، يمكننا التعرف على المادة وتحديد خصائصها. أهم ما يميز تقنية XRD أنها تقنية غير مدمرة، مما يعني أنها لا تلحق الضرر بالعينة التي يتم تحليلها. هذا يجعلها مفيدة بشكل خاص لدراسة المواد الحساسة أو القيمة. كما يمكن استخدامها لتحليل مجموعة واسعة من المواد [1] .

ما هي استخدامات تقنية حيود الأشعة السينية في علم المواد؟

أحدث حيود الأشعة السينية ثورة في فهمنا للمواد ولا تزال أداة حيوية في البحث العلمي والتطوير، حيث أنها تقنية تحليلية قوية يمكن استخدامها لتحديد التركيب البلوري لمجموعة واسعة من المواد. كما تستخدم على نطاق واسع في البحث العلمي، وخاصة في مجالات علوم المواد والكيمياء والجيولوجيا والفيزياء. فيما يلي بعض الطرق التي يمكن من خلالها استخدام تقنية XRD في علم المواد [2] :

• توصيف المواد Material characterization: يمكن استخدام XRD لتحديد التركيب البلوري وتركيب المواد، بما في ذلك المعادن والفلزات والسيراميك والبوليمرات. حيث تستخدم هذه المعلومات لفهم الخصائص الفيزيائية والكيميائية للمادة. وكذلك تستخدم لتطوير مواد جديدة ذات خصائص محددة والتي يمكن أن تكون مفيدة في مجالات البصريات، وعلوم المواد.
• مراقبة الجودة: يمكن استخدام XRD لضمان جودة المواد واتساقها، كما هو الحال في تصنيع الأدوية وأشباه الموصلات والسيراميك.
• تحليل المرحلة Phase analysis: يمكن استخدام XRD لتحديد المراحل الموجودة في المادة، بما في ذلك كمياتها النسبية وبنيتها البلورية. يمكن استخدام هذه المعلومات لدراسة التحولات الطورية، مثل الذوبان، وتفاعلات الحالة الصلبة، والتحولات متعددة الأشكال.
• التحليل الهيكلي Structural analysis: يمكن استخدام XRD لتحديد التركيب البلوري للمادة، بما في ذلك أبعاد خلية الوحدة، والمجموعة الوظيفية، والمواقع الذرية. مما يساعد على فهم الخصائص الفيزيائية والكيميائية للمادة، وكذلك لتطوير مواد جديدة ذات خصائص محددة.
• الدراسات الحركية Kinetics studies: يمكن استخدام XRD لدراسة حركية التحولات الطورية، مثل نمو البلورات أو تكوين أطوار جديدة في المواد، مثل الذوبان، وتفاعلات الحالة الصلبة، والتحولات متعددة الأشكال.

تسلط هذه التطبيقات الضوء على تنوع وأهمية XRD في علم المواد، مما يمكّن الباحثين من تطوير مواد جديدة ذات خصائص مخصصة وفهم سلوك المواد الموجودة في التطبيقات المختلفة.

ما هي تطبيقات XRD في المجالات المختلفة؟

حيود الأشعة السينية عبارة عن تقنية متعددة الاستخدامات تجد تطبيقات في مجالات مختلفة تتجاوز علم المواد. فيما يلي بعض الأمثلة على تطبيقات XRD في مجالات أخرى [3] :

• الجيولوجيا: يستخدم XRD لدراسة التركيب البلوري وتكوين المعادن. حيث يساعد في تحديد وتصنيف الصخور والمعادن. ويمكنه أيضًا تقديم نظرة ثاقبة للعمليات الجيولوجية، مثل تكوين المعادن والصخور.
• علم الأحياء: يُستخدم XRD لتحديد التركيب البلوري للبروتينات والجزيئات البيولوجية الأخرى، مما يساعد في فهم وظيفتها وتفاعلاتها. ويمكن استخدامه أيضًا لدراسة بنية DNA و RNA.
• الكيمياء: يستخدم XRD لتحديد التركيب البلوري للجزيئات الصغيرة، لفهم خصائصها وسلوكها. ويمكن استخدامه أيضًا لدراسة بنية المحفزات والمواد الأخرى المستخدمة في التفاعلات الكيميائية.
• علم الآثار: يستخدم XRD لدراسة التركيب البلوري وتكوين القطع الأثرية لتحديد هويتها وتاريخها.
• الطب الشرعي: يستخدم XRD لدراسة التركيب البلوري وتكوين المواد الموجودة في مسرح الجريمة، مما يساعد في تحديد الأدلة وتحليلها.
• المستحضرات الصيدلانية: يستخدم XRD لدراسة التركيب البلوري للأدوية والمستحضرات الصيدلانية الأخرى، مما يساعد في فهم خصائصها وسلوكها. ويمكن استخدامه أيضًا لدراسة هيكل أنظمة توصيل الدواء.
• علم النانو: يستخدم XRD لدراسة التركيب البلوري للمواد النانوية، وهي مواد ذات أبعاد أقل من 100 نانومتر. تتمتع المواد النانوية بخصائص فريدة تجعلها مفيدة لمجموعة متنوعة من التطبيقات، مثل الحفز الكيميائي والإلكترونيات والطب. يعد حيود الأشعة السينية أداة قوية لدراسة التركيب البلوري للمواد النانوية، وهي مواد ذات أبعاد أقل من 100 نانومتر. تتمتع المواد النانوية بخصائص فريدة تجعلها مفيدة لمجموعة متنوعة من التطبيقات، مثل الحفز الكيميائي والإلكترونيات والطب. فيما يلي بعض الطرق التي يتم من خلالها استخدام XRD لدراسة المواد النانوية.

بشكل عام، تعد تقنية XRD قوية تجد تطبيقات في مجالات مختلفة، مما يساعد في فهم بنية وخصائص المواد والجزيئات البيولوجية والمواد الأخرى.

ما هي أساسيات التركيب البلوري؟

التركيب البلوري هو ترتيب متكرر للذرات أو الأيونات أو الجزيئات في المادة. يلعب التركيب البلوري للمادة دورًا حاسمًا في تحديد خواصها الفيزيائية والكيميائية، مثل سلوكها الميكانيكي والكهربائي والحراري والبصري.

يتم وصف التركيب البلوري للمادة من خلال وحدة الخلية ـــ Unit Cell الخاصة بها، وهي أصغر وحدة متكررة في الشبكة البلورية. تُعرف خلية الوحدة من خلال معاملاتها الشبكية ـــ lattice parameters، والتي تشمل طول حوافها (a, b, c) والزوايا بينها (α, β, γ). تتكون الشبكة البلورية عن طريق تكرار خلية الوحدة في ثلاثة أبعاد، مما يؤدي إلى ترتيب دوري للذرات أو الجزيئات كما موضح بالشكل التالي.

يعتمد نوع التركيب البلوري على تماثل وحدة الخلية وترتيب الذرات أو الجزيئات داخلها. هناك عدة أنواع من الهياكل البلورية، بما في ذلك التركيب البلوري:

• المكعبي ـــ cubic
• الرباعي الزوايا ـــ tetragonal
• الثلاثي الزوايا ـــ Trigonal
• السداسي الشكل ـــ hexagonal
• معيني تقويمي ـــ orthorhombic
• الأحادي الميل ـــ monoclinic
• الثلاثي الميل ـــ triclinic

ومن البديهي أن نتسائل كيف يساعد الترتيب المختلف للذرات في خلية الوحدة والشبكة في تحديد التركيب البلوري للمركب؟ إن اختلاف ترتيب الذرات في الخلية الواحدة يؤدي إلى حيود الأشعة السينية بأنماط مختلفة. حيث يحتوي كل هيكل على نمط حيود الأشعة السينية الفريد (المشابه لبصمات الأصابع البشرية) الذي يعطي معلومات حول الترتيب المكاني المحدد للذرات في وحدة الخلية والشبكة. وهذا بدوره يعطي معلومات حول التركيب البلوري [4] .

كيفية تفسير أنماط حيود الأشعة السينية ؟

توفر أنماط حيود الأشعة السينية معلومات قيمة حول البنية البلورية للمادة، بما في ذلك حجم وشكل البلورات الموجودة في المادة. فيما يلي الخطوات الأساسية لتفسير نمط الحيود [2] :

• تحديد القمم: يتكون نمط XRD من سلسلة من القمم، والتي تتوافق مع حيود الأشعة السينية بواسطة الشبكة البلورية. يتوافق موضع كل قمة مع زاوية الحيود (2θ) والتباعد بين المستويات البلورية ـــ d-spacing.
• تحديد البنية البلورية: يمكن استخدام موضع وكثافة القمم لتحديد البنية البلورية للمادة. ويتم ذلك عن طريق مقارنة القمم المرصودة مع القمم المتوقعة للهياكل البلورية المختلفة، باستخدام قواعد بيانات مثل المركز الدولي لبيانات الحيود ـــ International Centre for Diffraction Data (ICDD)
• تحليل شكل وعرض الذروة: يمكن أن يوفر شكل وعرض القمم معلومات حول حجم وشكل البلورات في المادة. حيث تشير القمم العريضة إلى أحجام بلورية صغيرة أو عيوب بلورية، بينما تشير القمم الضيقة إلى أحجام بلورية أكبر.
• حساب حجم البلورات: يمكن حساب حجم البلورات في المادة باستخدام معادلة شيرير، التي تربط عرض الذروة بحجم البلورات. ويمكن استخدام هذه المعلومات لفهم الخواص الفيزيائية والكيميائية للمادة.
• تحليل شدة القمم: يمكن أن توفر شدة القمم معلومات حول اتجاه البلورة والملمس في المادة. على سبيل المثال، تشير القمم القوية إلى اتجاه بلوري مفضل، بينما تشير القمم الضعيفة إلى اتجاه عشوائي.

تعد XRD أداة رئيسية في تطوير مواد جديدة ذات خصائص محددة. من خلال فهم البنية البلورية للمادة، يمكننا تصميم مواد جديدة ذات خصائص محددة، مثل زيادة القوة، أو تحسين التوصيل، أو النشاط التحفيزي المعزز. يُستخدم حيود XRD أيضًا في مراقبة الجودة، مما يضمن اتساق المواد وجودتها العالية.

لا شك أن XRD تقنية رائعة وقوية تسمح لنا برؤية العالم غير المرئي للذرات والجزيئات. ولها تطبيقات في مجموعة واسعة من المجالات، وهي أداة رئيسية في تطوير مواد جديدة ذات خصائص مخصصة. باستخدام XRD، يمكننا كشف أسرار المواد وحل بعض أكبر الألغاز في العلوم. لكن المستقبل ما زال مفتوحًا أمامها لكشف المزيد من الأسرار العلمية.

المصادر

1. Crystal structure basics | LibreTexts Chemistry
2. X-ray Powder Diffraction (XRD) | MSU
3. X-Ray Diffraction Applications | ThermoFisher
4. Bravais Lattice | tutorix
5. Crystallography Basics | Lowa State University

أحدث تطور الذكاء الاصطناعي ثورة في علم الأعصاب. فبإدماجه في «واجهات الدماغ والحاسوب- brain–computer interfaces (BCIs)»، وهي أنظمة تستعمل في وصل الدماغ بأجهزة الحاسوب، صار من الممكن قراءة النشاط الدماغي وتحويله إلى كلام. فهل تنجح هذه الواجهات في تمكين العاجزين عن النطق من الكلام؟ وما العوائق التي تقف أمام استخدام هذه الواجهات في المجال الطبي؟

استخدام الذكاء الاصطناعي في تحويل الأفكار إلى كلام

بفضل التطور الهائل لقدرة الحواسب، أصبح تطبيق الذكاء في مختلف المجالات، بما في ذلك علم اللأعصاب، الوجهة المفضلة للعديد من الباحثين. وقد نشرت عدة دراسات حول طرق تحويل الأفكار إلى كلام باستخدام الذكاء الاصطناعي وواجهات الدماغ والحاسوب [1–3]. في هذا المقال، سنعرض آخر النتائج التي تم الحصول عليها بدمج الذكاء الاصطناعي مع واجهات الدماغ والحاسوب من أجل تحويل الأفكار إلى كلام، والتي توصلت إليها دراستان نشرتا في صيف 2023.

الدراسة الأولى: فك شفرة الإشارات العصبية لمنطقة النطق في الدماغ

في الدراسة الأولى، قام فريق بحثي من جامعة ستانفورد بتطوير جهاز يُزرع في المنطقة المسؤولة عن النطق في الدماغ. يقوم الجهاز بالكشف عن الإشارات العصبية التي ينتجها الدماغ أثناء محاولة النطق ببعض العبارات والجمل. ثم يربط بين الإشارات الدماغية والمفردات المنطوقة باستخدام الذكاء الاصطناعي [1][2][4].

التجربة

أثناء تجربته للواجهة المطَورة، قام الفريق البحثي بزرع رقائق من االسيليكون بالجزء المسؤول عن النطق في دماغ متطوعة عاجزة عن النطق. تعاني المريضة من مرض التصلب الجانبي الضموري، الذي يؤثر بشدة في قدرتها على التحكم بعضلات اللسان. تقوم الرقائق باستقبال الإشارات العصبية للدماغ أثناء محاولة المريضة نطق عبارات معينة تعرض عليها. واعتماداً على هذه البيانات، تقوم خوارزميات للتعلم العميق بالربط بين الإشارات العصبية، التي ينتجها دماغ المريضة، ومفردات الجمل والعبارات، التي تحاول نطقها، بفك تشفير كل فونيم (الوحدة الصوتية الصغرى) على حدة، أي بمحاولة إرفاق كل فونيم بإشارته العصبية التي تناسبه [2][4].

اعتمدت الدراسة على نموذج للتعلم العميق يدعى «الشبكة العصبية المتكررة-(recurrent neural network (RNN». والذي يأخذ بعين الاعتبار الفينومات التي سبق فك تشفيرها من أجل فك تشفير الفينوم اللاحق في عبارة ما. يقوم النموذج، خلال محاولة المريضة النطق بعبارة ما، بالتنبؤ باحتمالية نطق كل فونيم. ثم يقوم بتركيب الكلمات الأكثر احتمالية وترتيبها بمساعدة نموذج لغوي للغة الإنجليزية. وهكذا، تبني خوارزمية التعلم العميق نموذجاً قادراً على تفسير الإشارات العصبية للمريضة وترجمتها إلى نص [2].

نتائج التجربة

أظهرت واجهات الدماغ والحاسوب التي طورها الفريق نتائج واعدة. قد تعطي أملاً للأفراد العاجزين عن النطق باستعادة تواصل طبيعي وسلس مع المجتمع. فلم تتجاوز نسبة الكلمات الخاطئة 9% من مجموع الكلمات التي تنبَّأ بها عند استعمال 50 مفردة في تدريب الخوارزمية. بينما، ارتفعت هذه النسبة إلى 23.8% عند تدريب الخوارزمية ب 125 ألف مفردة. ووصلت سرعة التنبؤ إلى معدل متوسط قدره 62 كلمة في الدقيقة في مقابل 160 كلمة بالنسبة للكلام الطبيعي. رغم هذا،  تبقى هذه النتائج مشجعة لبذل مزيد من الجهد في تحسين واجهات الدماغ والحاسوب لجعلها أكثر كفاءة في إنتاج كلام سلس وطبيعي [2][4].

الدراسة الثانية: ربط النشاط الدماغي بالجمل والعبارات

في الدراسة الثانية، قام فريق بحثي من جامعة كاليفورنيا بمحاولة ربط النشاط الدماغي بالجمل والعبارات المنطوقة. وتختلف هذه الدراسة عن سابقتها بكونها لا تقتصر على النشاط الدماغي للمناطق المسؤولة عن النطق، بل تتعداه لتغطي القشرة الدماغية كلها. بالإضافة إلى هذا، نجح الفريق في خلق محاكاة شبه طبيعية للمريضة وهي تتحدث، وذلك بمساعدة أفاتار يحاكي تعابير وجهها ونبرة صوتها أثناء الكلام [1][4].

التجربة

في هذه التجربة، قام فريق البحث بزرع 253 قطبا وتوزيعها على القشرة الدماغية لمريضة فقدت قدرتها على النطق إثر سكتة دماغية. تقوم الأقطاب بالتقاط النشاط المشترك لآلاف الخلايا العصبية أثناء محاولة المريضة نطق عبارات تتكون بمجملها من 1024 مفردة. ويتم تدريب خوارزمية للتعلم العميق على التعرف على أنماط النشاط الدماغي الناتج عن نطق كل مفردة. ثم يتم تحويل الكلمات إلى صوت وتعبيرات وجه اصطناعية بواسطة أفاتار طوره الفريق [1][4].

نتائج التجربة

حققت واجهات الدماغ والحاسوب في هذه التجربة نتائج مشجعة وملهمة في تحسين التواصل بين العاجزين عن النطق مع العالم الخارجي. ورغم أن نسبة الخطإ في هذه الدراسة فاقت 25 بالمئة، يبقى توفير طريقة تواصل بتعابير الوجه ونبرة الصوت طفرة نوعية قدمتها هذه الدراسة. بالإضافة إلى هذا، تفوق سرعة فك التشفير (ترجمة النشاط الدماغي إلى كلمات) في هذه الدراسة تلك التي حققتها الدراسة السابقة، حيث تصل إلى 78 كلمة في الدقيقة. ورغم أن هذه السرعة لا تزال بعيدة عن السرعة الطبيعية للكلام، فإن الدراسة تفتح آفاقاً واسعة أمام استخدام واجهات الدماغ والحاسوب في استعادة الكلام للعاجزين عن النطق [1][4]. 

عيوب الدراستين

رغم الاهتمام الهائل الذي لاقته كلتا الدراستين، لا تزال واجهات الدماغ والحاسوب في حاجة إلى مزيد من التحسين والتطوير من أجل إدماجها في مراكز الرعاية الصحية لمساعدة العاجزين عن النطق على الكلام. ومن أبرز العيوب التي تعاني منها الدراستان، وجود أسلاك تربط رأس المريض بالحاسب الآلي أثناء عملية التواصل. مما يحُدُّ من حصول تواصل طبيعي وفعال. أضف إلى هذا أن هذه التقنية تعتمد بشكل كلي على وجود مناطق دماغية سليمة عند المريض من أجل فك تشفيرها. وهذا ليس حال كل المرضى، دون أن ننسى الآثار الجانبية والمسائل الأخلاقية التي قد يثيرها زرع واجهات الدماغ والحاسوب بأدمغة المرضى [1][2][4].

في النهاية، من أجل انتشار واسع لهذه التقنية، يجب التركيز على تحسين دقة وسرعة فك التشفير. بالإضافة إلى تطوير أنظمة قابلة للزرع بالكامل دونما حاجة إلى أسلاك موصلة مع الأخذ بعين الاعتبار لمختلف الآثار الجانبية [4].

المصادر

[1] A high-performance neuroprosthesis for speech decoding and avatar control
[2] A high-performance speech neuroprosthesis 
[3] High-performance brain-to-text communication via handwriting
[4] Brain-reading devices allow paralysed people to talk using their thoughts

تعد زنوبيا من أشهر الشخصيات في التاريخ، فقد كانت ملكة المستعمرة الرومانية في مدينة تدمر في سوريا آنذاك. حكمت في الفترة الواقعة بين (267 – 272م)، وقامت بغزو عدة مقاطعات في الجهة الشرقية من روما.

نشأة زنوبيا وبداية حياتها

ولدت زنوبيا في تدمر، سوريا في عام 240 م. وكان لها عدة أسماء كزينب كما عرفها العرب، وسبتيما زنوبيا باليونانية، وأوريليا زنوبيا باللاتينية. وقد كانت سوريا في ذلك الوقت مقاطعة رومانية. وكانت زنوبيا تتقن، إضافة إلى لغتها الأمّ التدمرية، اللغتين المصرية واليونانية، وكانت تتحدّث اللاتينية أيضاً.

صفات الملكة زنوبيا

كانت غزيرة المعارف، مولعة بالصيد والقنص، تحسن أكثر اللغات الشائعة في عصرها. كما كانت ملكة جليلة ذات رأي وحكمة، وعاشت عظمة ملوكية مقلدة ملوك الأكاسرة. تثقفت بالثقافة اليونانية، كان لها اطلاع واسع على تاريخ الشرق والغرب.

تولّي زنوبيا العرش

تزوجت زنوبيا من سبتيموس أودينثوس المعروف بأُذينة، الحاكم الروماني لسوريا، الذي أنجبت منه ابناً واحدًا، وهب اللات. وقد حكم أُذينة مدينة تدمر، التي كانت مركزاً تجارياً مُهماً على طريق الحرير بين الشرق والغرب. وبذلك كان يجب على التجار القادمين إلى روما أو العائدين منها التوقف في تدمر لدفع الضرائب وللراحة. لم تخلفه زنوبيا في منصبه بعد وفاته فحسب، بل إنها عقدت العزم على بسط سلطانها على الدولة الرومانية الشرقية. وكان ابنها وهب اللات لا يزال حينذاك طفلاً، فتسلمت مقاليد الحكم. كما حصلت العديد من المعارك خلال فترة حكمها كملكة لتدمر بينها وبين الإمبراطورية الرومانية منها معركة انطاكية ومعركة حمص وقد أسفرت عن فوز الإمبراطورية الرومانية.

سيطرة الملكة زنوبيا على مصر

تميزت فترة حكم زنوبيا لتدمر بسلسلة من الحملات العسكرية التي كانت تهدف إلى توسيع إمبراطوريتها. فنجحت في السيطرة على مصر، التي كانت واحدة من أغنى مناطق الإمبراطورية الرومانية. لذلك أدى التوسع الجريء الذي قادته زنوبيا إلى صدام مباشر مع الإمبراطورية الرومانية. حكم الامبراطورية آنذاك الإمبراطور أوريليان، فكانت أفعال زنوبيا بمثابة تحدٍ واضح لسلطة الرومان في منطقة البحر الأبيض المتوسط الشرقي. فقد امتدت دولتها من الفرات إلى النيل، وقامت بتوسيع نفوذها وبسط سيطرتها على أقوى الأمبراطوريات وهي الإمبراطورية الرومانية الشرقية. [2]

أهم أعمال الملكة زنوبيا

كانت زنوبيا من الملكات اللواتي قمن بثورة كبيرة في دور قيادة الأنثى في عصرها، إذ إنها قامت بكثير من الأعمال التي خلدها التاريخ. حيث قادت جيوشها إلى معارك كبيرة، وهزمت جيوش لم تتمكن إمبراطوريات كبيرة من هزمها. وبالإضافة إلى ذلك فقد أصدرت الملكة زنوبيا عملة خاصة بمدينة تدمر وصكّت النقود في إنطاكية. كما طبعت على عملتها صورة وهب اللات على وجه وعلى الوجه الثاني صورة الإمبراطور أورليانوس. كما أزالت من النقود صورة الإمبراطور لتميّز النقود السورية التدمرية عن نقود روما. وايضًاكانت زنوبيا تدعم الفنون والثقافة، وقد قامت بإنشاء مكتبة في تدمر ودعمت الفنون والآداب.[3]

آخر أيام زنوبيا

قطعت زنوبيا إمدادات الحبوب عن روما؛ فقد سيطرت على مصر وثروتها من الحبوب التي تُقدمها إلى روما. فتعاظم تحدي زنوبيا للإمبراطورية الرومانية وهو ما استفز الإمبراطور أورليانوس، الذي استحوذ على السلطة في روما. لذلك أعلن الإمبراطور الجديد حربه على زنوبيا، وبالفعل استطاع أن يهزم جيوشها في أنطاكية بتركيا الآن. وبذلك فقد اختلف العرب حول قصة موت “زنوبيا”، فبعضهم يعتقد بأن حياتها انتهت في منزل بسيط أعده لها ( أورليانوس). وبعضهم الآخر يقول أنها امتنعت عن الأكل، وخارت قواها وماتت. بينما تقول رواية أخرى بأنها قد طلبت من أحد حراسها بأن يأتي لها بالسم، فشربته وماتت به.

الأوضاع بعد وفاة زنوبيا

تولى وهب اللات الحكم على مملكة تدمر وأصبح الملك الأخير لتلك المملكة. ولا يوجد الكثير من المعلومات حول الأحداث التي جرت في مملكة تدمر بعد وفاة زنوبيا، قاد وهب اللات جيوش مملكة تدمر في غزوها لمصر وآسيا الصغرى لفترة، ولكنه تمكن الإمبراطور الروماني أوريليان من هزيمته وأسره ونقله إلى روما حيث توفي بعد ذلك بوقت قصير.[4]

المراجع:

1. Britannica
2. History.magazine
3. thecollector.com
4. worldhistory

الموسيقى وتأثيرها على جسم الإنسان

تعد الموسيقى من المواضيع الرئيسة في معظم الحقول المعرفية, وذلك بسبب فاعليتها وسلطتها على الوجود الإنساني. ففي الأساطير القديمة, نجد دور الموسيقى في ترويض الطبيعة وفي بناء الشبكات الإجتماعية. دخل سؤال الموسيقى في الفلسفة قبل سؤال الإنسان, وحافظ هذا السؤال على مكانته في مختلف الفلسفات التي أطاحت بالكثير من الأسئلة, ومنها سؤال الله. العلوم الإنسانية وجدت ضالتها في الموسيقى في تفسيرها للظواهر الاجتماعي تارة وفي استخدامها كعالج نفسي تارة أخرى. وفي العلوم الطبيعية, تنشر باستمرار ورقات بحثية حول تأثير الموسيقى على الجهازين العصبي والمناعي, الدماغ ونشاط القلب. في هذا المقال سوف نسلط الضوء على الموسيقى وتأثيرها على جسم الإنسان من مختلف الزوايا. إقرأ أيضًا تاريخ الموسيقى

الموسيقى ونشاط القلب:

زيادة التوتر مرتبطة  مع معدل ضربات القلب وضغط الدم على حد سواء. تشير الدراسات إلى أن الموسيقى (مثل موزارت، السيمفونية رقم 40) يمكن أن تزيد أو تقلل من معدل ضربات القلب وضغط الدم⁽¹⁾. إن الموسيقى تعزز الاسترخاء من خلال التزامن الفسيولوجي و/أو النفسي. التزامن (Entrainment) هو مبدأ في الفيزياء، حيث يميل جسمين يتذبذبان بترددين مماثلين إلى أن يتسببا في اهتزاز متبادل تعاطفي  (mutual sympathetic resonance) وأن يتذبذبا بنفس التردد. يتم تحقيق التزامن باستخدام الموسيقى لاستدعاء الاسترخاء مباشرة. الأثر الموسيقي والعمليات الفسيولوجية (ضربات القلب، معدل التنفس، ضغط الدم، درجة الحرارة، هرمونات الكظر) مكونة من اهتزازات تحدث بشكل منتظم ودوري وتتألف من تذبذبات.

يمكن استخدام الأثر الموسيقي، وبالأخص الإيقاع والسرعة، كمزامن للتأثير على التغييرات في الاستجابات الفسيولوجية (مثل ضربات القلب، والتنفس، وضغط الدم) من خلال التزامن. عند استخدام الموسيقى لإحداث الاسترخاء من خلال التزامن، يجب أن يكون لديها إيقاعًا يساوي أو يقل عن معدل ضربات القلب أثناء الراحة (أقل من 80 نبضة في الدقيقة)، وديناميات قابلة للتنبؤ، وحركة ملحوظة للألحان، وهارمونيات ملائمة، وإيقاع منتظم دون تغييرات مفاجئة، وصفات صوتية تتضمن الأوتار والناي والبيانو أو الأصوات المركبة خصيصًا. يُستخدم هذه الخصائص الموسيقية لإحداث الاسترخاء من خلال جعل إيقاعات الجسم تبطئ أو تتزامن مع إيقاع الموسيقى⁽²⁾.

ترتبط الموسيقى المسببة للاسترخاء بانخفاض القلق. يُعتقد أن الموسيقى ذات الإيقاع البطيء والثابت والمتكرر تمارس تأثيرًا مغناطيسيًا يسهم في الاسترخاء وتقليل القلق من خلال تهدئة الإدراك وتغيير الحالات الوعيية. نظرًا لأن الاسترخاء الفسيولوجي غير متوافق مع القلق، يمكن للموسيقى تغيير مستويات القلق المُدركة بينما تسهل استجابات فيزيولوجية أكثر استرخاءً. يمكن للموسيقى أن تقلل من القلق من خلال توجيه قنوات الانتباه في الدماغ نحو محتوى معنوي منشغل وملائم للسمع بدلاً من المحتوى البيئي المُجهِد⁽²⁾.

الموسيقى والجهاز المناعي

يُحدث التوتر تغييرات رئيسية في الجهاز المناعي. حيث أظهرت الدراسات أن أنواعًا معينة من الموسيقى يمكن أن تعدل مستوى بعض العناصر المناعية مثل الإيمونوغلوبولين A (IgA) والخلايا القاتلة الطبيعية.  تشير النتائج إلى وجود علاقة إيجابية بين الموسيقى المريحة وعلامات التوتر المناعي.⁽³⁾

الموسيقى الترفيهية تعدل نشاط الخلايا القاتلة الطبيعية ومستوى سيتوكين IL-10، وهي علامات للتوتر، وتحسين المزاج. في الآونة الأخيرة، تبين أن الموسيقى في حالات التوتر قادرة على رفع مستوى سيتوكين IL-6. سيتوكين IL-6 وسيتوكين IL-10 هما “علامات التوتر” المناعية⁽⁴⁾.

الموسيقى وهرمون الكورتيزول

على الرغم من أن التوتر من ناحية والموسيقى من ناحية أخرى يمكن أن يسببان العديد من التغييرات الهرمونية، خاصة والأهم  هرمون الكورتيزول. الكورتيزول هو الهرمون الرئيسي للتوتر، والذي يرتفع مستواه في حالات التوتر، ويعدل الجسم ويساعده على التغلب على الوضع الموجود من خلال استجابات “القتال أو الهروب”. التوتر النفسي يثير استجابة عاطفية قوية وزيادة في مستوى الكورتيزول، ولكن التعرض للموسيقى يقلل من ارتفاع مستوى الكورتيزول. المواقف الإجهادية تسبب ارتفاعًا في مستوى الكورتيزول. أظهرت دراسة أن الموسيقى الرئيسية (مثل Allegro con spirito لموزارت، K448، الذي يسبب السعادة) قللت من التوتر ومستوى الكورتيزول أكثر من الموسيقى الصغيرة (مثل للبيتهوفن “فور اليز”، والتي تسبب الحزن). من ناحية أخرى، الموسيقى التقنية “تكنو” تزيد من إفراز العديد من هرمونات التوتر بما في ذلك الكورتيزول، بينما الموسيقى الكلاسيكية (مثل سيمفونية بيتهوفن 6) تقلل من مستوى الكورتيزول⁽⁵⁾.

إقرأ أيضًاكيف تؤثر الموسيقى على أدمغتنا؟

الموسيقى وكيمياء الدماغ

الناقل العصبي الرئيسي في نظام المكافأة هو الدوبامين. الموسيقى اللطيفة تحرر الدوبامين في نواة الاكومبنس⁽⁶⁾. من ناحية أخرى، الاستماع إلى الموسيقى البطيئة يقلل من مستوى النوريبينفرين (ناقل عصبي ينظم مستوى الاثارة)⁽⁷⁾ . ناقل عصبي آخر يستجيب للموسيقى هو السيروتونين. الموسيقى اللطيفة تزيد من إفراز السيروتونين (الذي يسؤول عن المزاج الجيد) في الدماغ، في حين أن الموسيقى غير اللطيفة تقلل من مستوى السيروتونين^(8).

جزيء آخر ينشط نظام المكافأة هو الإندورفين. الإندورفين يسبب شعورًا بالرفاهية والاسترخاء. إن الموسيقى اللطيفة ترفع مستوى الإندورفين، وأفاد المشاركون الذين تم معالجتهم بوكيل مستقبل الإندورفين بأنهم شعروا بلذة أقل بكثير عندما استمعوا إلى محفزات موسيقية تتحرك بشكل طبيعي. الموسيقى التقنية “تكنو” تقلل من مستوى الإندورفين، بينما الموسيقى الكلاسيكية ترفع مستوى الإندورفين⁽⁹⁾

الموسيقى تؤثر على موجات الدماغ:

بقدر ما تعكس النشاط الكهربائي حالة الدماغ، فإن هناك نوعين من موجات الدماغ تشير إلى الاسترخاء. الموجة ألفا (6-12 هرتز) تظهر أثناء الاسترخاء، والموجة ثيتا (4-7 هرتز) تظهر أثناء الاسترخاء العميق. أظهرت الدراسات أن موجات الدماغ (EEG) يمكن تغييرها بواسطة الموسيقى⁽¹⁰⁾. تزيد موجات الدماغ ألفا وثيتا سواء بواسطة الموسيقى النوعية للراحة أو بواسطة تقنيات الاسترخاء الأخرى. لوحظ أن الأشخاص الذين يركزون انتباههم على محفز إيقاعي معين لفترة كافية يمكن أن يشعروا بمستوى جديد من الوعي.

يبدو أن موجات الدماغ تتحرك مع الإيقاع وكلما أمضى الشخص وقتًا أطول في التركيز عليه، زاد التزامهم مع الإيقاع. تمت أظهار أن الموسيقى لموزارت (K448) و(Symphony 94) تثير نشاطًا كهربائيًا مختلفًا في الدماغ⁽¹¹⁾. بينما تم توضيح تأثير الموسيقى المهدئة، فإن السؤال هو ما إذا كان تأثير الموسيقى هذا يتم من خلال تغيير تردد موجات الدماغ. أظهرت الدراسات على تأثير الموسيقى على النوم نتائج متضاربة، حيث أفاد بعضها بالتأثيرات الإيجابية وأخرى نفت ذلك. قضية النوم مهمة لأن مراحل النوم تتميز بترددات مختلفة لموجات الدماغ، وكذلك الموسيقى التي تثير تغييرات في المزاج⁽¹²⁾.

الموسيقى والجهاز العصبي:

أحد الأمثلة، من بين العديد من الأمثلة، التي توضح كيف يمكن للموسيقى أن تؤثر في الوظائف العصبية مُقدم في تقرير يُشير إلى أن شدة انقباض عضلة العين الخاصة برد الفعل المفاجئ كانت أكبر وزمن الاستجابة لها أقصر خلال استماع الأشخاص إلى الموسيقى غير الممتعة مقارنة بالموسيقى الممتعة، مما يشير إلى أن النظام العاطفي الدفاعي يتأثر بالموسيقى⁽¹³⁾. وتظهر تأثيرات أكثر عمقًا في التقارير التي تُظهر أن التدريب الموسيقي يعزز تنشيط وتطوير بنية الخلايا العصبية المعينة بما في ذلك القشرة الدماغية والأميجدالا والحصين (Hippocampus) وهايبوثالاموس (Hypothalamus) ويعزز قابلية الجهاز العصبي للتشكيل والتجدد الخلاية⁽¹⁴⁾.

كما تؤدي بعض المسارات أيضًا إلى التوسط في الاستجابات العاطفية عند معالجة الموسيقى الممتعة وغير الممتعة على حد سواء, مع تنشيط محدد لمنطقة النواة الفطرية ومنطقة الجزء العرضي التلقائي المسؤولتين عن تنظيم الاستجابات القلبية والفسيولوجية للمحفزات الجائزة والعاطفية. وفي هذا السياق، تستحق منطقتان في الدماغ اهتمامًا خاصًا؛ تحت المهاد (Hypthalamus) بوظيفتها في التحكم في الاستجابة الهرمونية للضغوط النفسية والحصين الذي يعتبر جزءًا من الجهاز الليمبي ويتحكم في العواطف⁽¹⁵⁾.

إقرأ أيضًا هل تؤثّر الموسيقى في نمو النبات؟

المصادر:

1. Lemmer B. Effects of music composed by Mozart and Ligeti on blood pressure and heart rate circadian rhythms in normotensive and hypertensive rats. Chronobiol Int. 2008 Nov;25(6):971-86. doi: 10.1080/07420520802539415. PMID: 19005899.
2. Merker BH, Madison GS, Eckerdal P. On the role and origin of isochrony in human rhythmic entrainment. Cortex. 2009 Jan;45(1):4-17. doi: 10.1016/j.cortex.2008.06.011. Epub 2008 Oct 30. PMID: 19046745.
3. Zakaria Eletreby, M., El-Sayed Abd-El-Fattah, M., Sabry Ali Al-Dawy, H., Abd-El-Hameed Khedr, M., & Abd-El-Fattah El-Salamoni, M. (2018). EFFECTS OF MUSIC AND STRESS ON HEALING OF INDUCED WOUND IN THE SKIN OF ADULT MALE ALBINO RATS. Al-Azhar Medical Journal, 47(3), 493-510. doi: 10.12816/0052812
4. Wachi M, Koyama M, Utsuyama M, Bittman BB, Kitagawa M, Hirokawa K. Recreational music-making modulates natural killer cell activity, cytokines, and mood states in corporate employees. Med Sci Monit. 2007 Feb;13(2):CR57-70. PMID: 17261984.
5. Suda M, Morimoto K, Obata A, Koizumi H, Maki A. Emotional responses to music: towards scientific perspectives on music therapy. Neuroreport. 2008 Jan 8;19(1):75-8. doi: 10.1097/WNR.0b013e3282f3476f. PMID: 18281896.
6. Sutoo D, Akiyama K. Music improves dopaminergic neurotransmission: demonstration based on the effect of music on blood pressure regulation. Brain Res. 2004 Aug 6;1016(2):255-62. doi: 10.1016/j.brainres.2004.05.018. PMID: 15246862.
7. Yamamoto T, Ohkuwa T, Itoh H, Kitoh M, Terasawa J, Tsuda T, Kitagawa S, Sato Y. Effects of pre-exercise listening to slow and fast rhythm music on supramaximal cycle performance and selected metabolic variables. Arch Physiol Biochem. 2003 Jul;111(3):211-4. doi: 10.1076/apab.111.3.211.23464. PMID: 14972741.
8. Evers S, Suhr B. Changes of the neurotransmitter serotonin but not of hormones during short time music perception. Eur Arch Psychiatry Clin Neurosci. 2000;250(3):144-7. doi: 10.1007/s004060070031. PMID: 10941989.
9. Gerra G, Zaimovic A, Franchini D, Palladino M, Giucastro G, Reali N, Maestri D, Caccavari R, Delsignore R, Brambilla F. Neuroendocrine responses of healthy volunteers to ‘techno-music’: relationships with personality traits and emotional state. Int J Psychophysiol. 1998 Jan;28(1):99-111. doi: 10.1016/s0167-8760(97)00071-8. PMID: 9506313.
10.  Levitin DJ, Tirovolas AK. Current advances in the cognitive neuroscience of music. Ann N Y Acad Sci. 2009 Mar;1156:211-31. doi: 10.1111/j.1749-6632.2009.04417.x. PMID: 19338510.
11. Jausovec N, Habe K. The influence of Mozart’s sonata K. 448 on brain activity during the performance of spatial rotation and numerical tasks. Brain Topogr. 2005 Summer;17(4):207-18. doi: 10.1007/s10548-005-6030-4. PMID: 16110771.
12. Chen J, Yuan J, Huang H, Chen C, Li H. Music-induced mood modulates the strength of emotional negativity bias: an ERP study. Neurosci Lett. 2008 Nov 14;445(2):135-9. doi: 10.1016/j.neulet.2008.08.061. Epub 2008 Aug 28. PMID: 18771704.
13. Roy M, Mailhot JP, Gosselin N, Paquette S, Peretz I. Modulation of the startle reflex by pleasant and unpleasant music. Int J Psychophysiol. 2009 Jan;71(1):37-42. doi: 10.1016/j.ijpsycho.2008.07.010. Epub 2008 Jul 23. PMID: 18725255.
14. Hyde KL, Lerch J, Norton A, Forgeard M, Winner E, Evans AC, Schlaug G. Musical training shapes structural brain development. J Neurosci. 2009 Mar 11;29(10):3019-25. doi: 10.1523/JNEUROSCI.5118-08.2009. PMID: 19279238; PMCID: PMC2996392.
15. Baumgartner T, Lutz K, Schmidt CF, Jäncke L. The emotional power of music: how music enhances the feeling of affective pictures. Brain Res. 2006 Feb 23;1075(1):151-64. doi: 10.1016/j.brainres.2005.12.065. Epub 2006 Feb 3. PMID: 16458860.

تصدرت سوريا بممالكها التاريخية المقام الرفيع في سلم الحضارة الانسانية، كمملكة أوغاريت التي تعد من أهم ممالك الشرق القديم. نأخذكم معنا في هذا المقال في رحلة إلى مملكة أوغاريت في سوريا.

موقع مملكة أوغاريت

 تقع مملكة أوغاريت على تل أثري يسمى رأس شمرا ، على ساحل البحر الأبيض المتوسط في شمال سوريا. ومن ناحية أخرى كانت مركزًا اقتصاديًا رئيسيًا في الشرق الأدنى القديم وبمثابة مركز تجاري رئيسي بين مصر وآسيا الصغرى وبلاد ما بين النهرين. فقد تم اكتشافها بالصدفة على بعد حوالي نصف ميل من الشاطئ من قبل مزارع كان يحرث أرضه. وفيما بعد بدأت الحفريات في عام 1929 من قبل بعثة أثرية فرنسية تحت إشراف كلود شيفر. [1]

أبجدية مملكة أوغاريت

 الأبجدية في مملكة أوغاريت كان عبارة عن نظام كتابة مسماري استخدم على الساحل السوري من القرن الخامس عشر إلى القرن الثالث عشر قبل الميلاد. يُعتقد أنه تم اختراعه بشكل مستقل عن أنظمة الكتابة المسمارية الأخرى والأبجدية الخطية الشمالية السامية ، المكتوبة من اليسار إلى اليمين. وهي مكونة من ثلاثين رمزًا تتضمن ثلاثة أصوات للحروف المتحركة ، على عكس 22 حرفًا ثابتًا في الأبجدية السامية الشمالية.

كما كُتبت الوثائق الأوغاريتية على ألواح طينية بقلم إسفيني الشكل وتعود إلى القرنين الخامس عشر والرابع عشر قبل الميلاد. بذلك تم العثور عليها لأول مرة في أوغاريت (رأس شمرا) على الساحل السوري في عام 1929.[2]

الديانة في مملكة أوغاريت

يفترض علماء الآثار أن المعبد كان مكونًا من فناء مغلق وفي وسطه وُجِدَ أول مذبح حجري. وراء جدران الباحة الأولى تواجدت الحرم المخصصة لإله المدينة بعل. بالإضافة إلى ذلك مجمًعْ الأرباب الإلاهي في مملكة أوغاريت، ضم العديد من الآلهة كالاله بعل، إله العاصفة والمطر الخصيب، وغالبًا ما توج بالذهب .[3]

الاكتشافات في مملكة أوغاريت

تم الكشف ايضاً عن العديد من الطرق المعبدة والمنازل الجميلة والمباني السكنية والمباني الإدارية والحكومية. ومن أفضل الاكتشافات هي المكتبة الفخمة في القصر الملكي الذي يعتبر من أفخم القصور في الشرق القديم ، بمساحة تقدر بـ 10.000 متر مربع بالإضافة إلى مجموعة من المدافن والمقابر في الجهة الجنوبية وعلى الخلفية. من الأرشيف المكتوب الكبير الذي تم العثور عليه في القصر الشمالي ، والذي يعود تاريخه إلى عهد الملك عميشتارو.

تم الكشف ايضاً عن أقدم نغمة مسجلة في العالم  عمرها 3400 عام هذا هو الترنيمة الحورية ٦ مكرسة لزوجة إله القمر. كما انها وجدت في أوغاريت في سوريا القديمة. وبذلك يمكنك الاستماع إليها من هنا: [4]

أوغاريت وعلاقاتها التجارية

أن للتجارة أهمية بالنسبة لأوغاريت وهذا ما نلمسه من خلال تشجيع ملوك أوغاريت للتجارة إذ وجدت آثار كثيرة للنحاس والبرونز في الميناء إضافة إلى كتل كبيرة من الرصاص وبما ان كان لاوغاريت علاقات تجارية مع كثير من الدول كمصر هذا يعطي دليلها مصدر مصري وهو عبارة عن لوحة من مدفن في طيبة يعود إلى حوالي 1400 قبل الميلاد. ويظهر سفناً من الطراز المصري مزدحمة بطاقم من العمال الفينيقيين يفرغون الحمولة في مدينة مصرية ( لعلها طيبة).

ووجدت ايضًا مجموعة كبيرة من المنحوتات المستوردة من مصر ومنها منحوتة تمثل شخصًا يدعى سنوسرت. فكانت أوغاريت دائمًا في نصوص إيبلا ايضًا , لأن التجار المصريون كانوا يأتون إليها عن طريقها حاملين بضائعهم المختلفة ويعودون ومعهم اللازورد والاخشاب وغير ذلك.[2]

الأرض والسكان

كانت أراضي مملكة أوغاريت قرابة 2000 كيلو متر مربع,  وهي غنية بأمطارها وكثرة مصادر مياهها. كما تؤكد ذلك الوثائق المكتشفة التي تشير إلى انتشار الأعمال الزراعية ولعل أهم المحاصيل المنتجة الحبوب و الاعناب والزيتون, كما اهتموا بالحدائق والبساتين فضلًا عن تربية المواشي.

لم يشكل سكان أوغاريت وحدة متماثلة ففضلًا عن الأوغاريتيين الذين يشكلون الجزء الرئيس من السكان ويتكلمون بإحدى  اللغات الجزرية وهي الأمورية كان الحوريين يشكلون جزءًا مهمًا من سكان المدينة. أما عن أصل سكان مملكة أوغاريت فهم من الكنعانيين والذين أطلق اليونانيين عليهم اسم (الفينيقيين) الذين اشتهروا بإنتاج الصبغة القرمزية من مواقع البحر وكما سكنوا المناطق الممتدة من فلسطين وصولًا إلى الشمال السوري ومنها أوغاريت وأصبحوا يتكلمون لغة واحدة نجد أقدم أشكالها على الرقم الطينية بحروف مسمارية.

نهاية مملكة أوغاريت

أكدت الدراسات و الأبحاث أن نهاية هذه المملكة كانت عنيفة إذ أُبيدت أوغاريت ومملكتها حوالي عام 1180 قبل الميلاد. فهناك عدة فرضيات عن نهاية أوغاريت: حيث تقول الفرضية الأولى: إن أوغاريت قد دمرت بزلزال عنيف ضربها إلى غير عودة أما الفرضية الثانية: فترى أن أوغاريت تعرضت لاكتساح مدمر من قبل غزاة عرفوا بشعوب البحر وهذا أدى إلى الحاق الخراب و الحريق والدمار في المدينة.[4]

المصادر:

Britannica.com _1
UNESCO _2
Academia.edu _3
4_ Archaeology.com

الثلج الجاف هو ثاني أكسيد الكربون الصلب المتجمد (CO₂)على عكس الثلج العادي الذي يكون عبارة عن ماء متجمد. كما يوحي الاسم، فإن الثلج الجاف لا يذوب عند تعرضه لدرجة حرارة الغرفة أو الحرارة. وبدلًا من ذلك، يتحول مباشرة إلى غاز، المعروف أيضًا باسم “التسامي – sublimation “. يتجمد ثاني أكسيد الكربون ويظل متجمدًا عند درجة حرارة أقل من 78.5- درجة مئوية (109- درجة فهرنهايت). من ناحية أخرى، يتجمد الجليد العادي عند درجات حرارة أقل من 0 درجة مئوية (32 درجة فهرنهايت). هذا الاختلاف الهائل في درجة حرارة التجمد هو ما يجعل استخدام الثلج الجاف للتخييم طريقة رائعة للحفاظ على طعامك باردًا لفترة أطول. كما أنه لن يترك طعامك يفسد في السائل عندما يذوب. وكمكافأة مثيرة للاهتمام، يمكن أيضًا أن يبعد البعوض عن خيمتك لأن البعوض ينجذب إلى غاز ثاني أكسيد الكربون. ولكن لماذا لم يعد هذا الشكل البديل الرائع من الجليد شائعًا بعد؟ حسنًا، ذلك لأن الثلج الجاف ليس مثاليًا – ناهيك عن أنه خطير بعض الشيء إذا تم استخدامه بشكل غير صحيح. في هذا المقال، سنتعرف على الثلج البارد ومخاطره وكذلك استخداماته في الصناعات المختلفة.

ما هو الثلج الجاف وكيف تم اكتشافه؟

الثلج الجاف هو الشكل الصلب لثاني أكسيد الكربون (CO₂) الذي يستخدم عادة للتبريد المؤقت حيث أن ثاني أكسيد الكربون لا يحتوي على حالة سائلة عند الضغط الجوي العادي ويتصاعد مباشرة من الحالة الصلبة إلى الحالة الغازية. تم ملاحظة الجليد الجاف لأول مرة في عام 1835 من قبل الكيميائي الفرنسي تشارلز ثيلورييه عندما فتح أسطوانة تحتوي على كمية كبيرة من ثاني أكسيد الكربون السائل لمراقبته في شكل سائل. تبخر ما يكفي منه لترك كتلة ثلج جافة صلبة في قاع الحاوية. وعلى مدار الستين عامًا التالية، تمت ملاحظته في مختبرات الجامعة ولكن لم يتم استخدامه في أي تطبيقات عملية. وحتى اليوم، يمكن لأي شخص أن يأخذ أسطوانة معدنية من ثاني أكسيد الكربون السائل (مثل طفاية حريق ثاني أكسيد الكربون)، ويفتح الصمام، ويلاحظ سحابة الغاز المتسربة مع تحول جزء منها إلى ثلج جاف وثلج مسحوق. ومع ذلك، لم يكن هناك أي استخدام عملي فوري لهذه المادة حتى عشرينيات القرن العشرين عندما وجدت أخيرًا منزلًا تجاريًا حقيقيًا مع شركة Perst Air Devices. منذ ذلك الحين، تم استخدامه في مجموعة متنوعة من الصناعات، بما في ذلك الأغذية والزراعة والترفيه والشحن والتعبئة والتغليف [1].

ما هو الفرق بين الثلج الجاف والثلج العادي؟

يتم استخدام الثلج الجاف والثلج العادي للتبريد، لكن لديهم بعض الاختلافات الرئيسية. فيما يلي بعض الاختلافات الرئيسية بين الثلج الجاف والثلج العادي [2] :

ثلج جاف:

• مصنوع من ثاني أكسيد الكربون المتجمد وهو أبرد بكثير من الجليد العادي، حيث تبلغ درجة حرارته حوالي 109.3- درجة فهرنهايت (78.5- درجة مئوية).
• لا يذوب مثل الجليد العادي، ولكنه يتسامى مباشرة من الحالة الصلبة إلى الحالة الغازية، مما يعني أنه لن يجعل الأشياء مبللة.
• أخف من الثلج العادي مما يسهل نقله.
• يمكن أن يكون أكثر تكلفة من الثلج العادي، ويتطلب معالجة خاصة وتهوية لتجنب التعرض لمستويات عالية من ثاني أكسيد الكربون.
• يمكن استخدامه مع الثلج العادي لإطالة عمره.

الثلج العادي:

• مصنوع من الماء المتجمد وهو أرخص ويمكن الوصول إليه على نطاق أوسع.
• يذوب بمرور الوقت، مما قد يجعل الأشياء مبللة.
• أثقل من الثلج الجاف، مما قد يزيد من صعوبة نقله.
• متوفر بسهولة ويمكن شراؤه من العديد من محلات البقالة.
• يمكن استخدامه مع ثلج جاف للحفاظ على برودة العناصر لفترات أطول من الوقت.

باختصار، الثلج الجاف أبرد بكثير من الثلج العادي، ولا يذوب، وأخف وزنًا، لكنه قد يكون أكثر تكلفة ويتطلب معالجة خاصة. الثلج العادي أرخص ومتاح على نطاق أوسع، لكنه يذوب ويمكن أن يجعل الأشياء مبللة. كلا النوعين من الجليد لهما إيجابيات وسلبيات، ويتم استخدامهما في ظروف مختلفة حسب الموقف.

ما هي مخاطر استخدام الثلج الجاف بدلًا من الثلج العادي؟

قد يؤدي استخدام الثلج الجاف بدلاً من الثلج العادي إلى بعض المخاطر بسبب خصائصه الفريدة. فيما يلي بعض المخاطر المرتبطة باستخدام الثلج الجاف [3]:

الحروق: لمس الثلج الجاف بالجلد العاري يمكن أن يسبب حروقًا، كما أن التعرض له لفترة طويلة يمكن أن يسبب قضمة الصقيع.

قضمة الصقيع: لا تلمسه ببشرتك لكن استخدم الملقط أو القفازات المعزولة (السميكة) أو قفاز الفرن. نظرًا لأن درجة حرارته باردة جدًا، ويمكن أن يسبب قضمة صقيع شديدة إذا لامس الجلد.

الانفجار: يمكن أن يتسبب في انفجار الحاويات إذا تم تخزينه في حاوية محكمة الإغلاق أو إذا لم يتم التعامل معه بشكل صحيح. لا تقم أبدًا بتخزينه في حاوية محكمة الإغلاق. عندما يذوب يتحول من مادة صلبة مباشرة إلى غاز، ومن ثم يتراكم الغاز في الحاوية حتى ينفجر. سوف تتطاير القطع الحادة من الحاوية في كل مكان. تأكد من تهوية الحاوية الخاصة بك. أفضل مكان لتخزينه هو في صندوق من الستايروفوم مع غطاء فضفاض.

التعرض لثاني أكسيد الكربون والاختناق: يمكن للثلج الجاف أن يطلق غاز ثاني أكسيد الكربون أثناء تساميه، مما قد يحل محل الأكسجين ويؤدي إلى الاختناق في المناطق سيئة التهوية مما يسبب ويسبب فقدان الوعي أو حتى الموت.

تشقق الأسطح: لا يُوضع مباشرة على أسطح العمل. يمكن أن تتسبب درجة الحرارة الباردة في تشقق السطح.

وأيضًا، لا تقم بتخزينه في الفريزر الخاص بك. سيؤدي ذلك إلى أن يصبح الفريزر الخاص بك باردًا جدًا وقد يتم إيقاف تشغيل الفريزر الخاص بك. ومع ذلك، إذا فقدت الطاقة لفترة طويلة من الزمن، فإن الثلج الجاف هو أفضل وسيلة للحفاظ على برودة الأشياء. من المهم التعامل بعناية واتباع احتياطات السلامة المناسبة لتجنب هذه المخاطر. ويشمل ذلك ارتداء القفازات والنظارات الواقية، واستخدامه في مناطق جيدة التهوية، وتخزينه في حاوية جيدة التهوية.

ما هي تطبيقات الثلج الجاف في مختلف الصناعات؟

فيما يلي بعض الاستخدامات الأكثر شيوعًا للثلج الجاف [4,5]:

التبريد والحفظ: يُستخدم بشكل شائع للحفاظ على برودة العناصر أثناء النقل، مثل المواد الغذائية والإمدادات الطبية والعينات البيولوجية.

التنظيف السريع: يمكن استخدامه لتنظيف الأسطح، مثل إزالة الطلاء أو تنظيف المعدات الصناعية.

المؤثرات الخاصة: يمكن استخدامه لإنشاء تأثيرات الضباب أو الدخان في العروض المسرحية والحفلات الموسيقية وغيرها من الأحداث.

التطبيقات الطبية: يُستخدم كذلك في الصناعة الطبية لتخزين العينات البيولوجية ونقل الإمدادات الطبية الحساسة لدرجة الحرارة.

تركيب الانكماش: يمكن استخدامه لتقليص الأجزاء المعدنية معًا.

التجميد السريع: يُستخدم لتجميد المنتجات والمأكولات البحرية وغيرها من الأطعمة بسرعة.

إزالة بق الفراش: يمكن استخدامه لجذب بق الفراش وإزالته.

جعل النباتات تنمو بشكل أسرع: يمكن استخدامه لزيادة مستوى ثاني أكسيد الكربون في الصوبة ـــ greenhouse، مما يمكن أن يعزز نمو النباتات.

التبريد أثناء عمليات الصناعة الكيميائية: في بعض التطبيقات، من المفيد أن تكون قادرًا على تبريد أو تبريد أو تجميد مادة بسرعة أثناء العملية. يمكن استخدام طاقة التبريد والبرودة الشديدة للثلج الجاف لإبطاء أو حتى إيقاف بعض التفاعلات الكيميائية. كما أنه يُستخدم أيضًا لتحييد القلويات وإنتاج “نقاط ـــ Traps” باردة توفر أسطحًا ذات درجة حرارة منخفضة جدًا يمكن للجزيئات أن تتكثف عليها.

هذه مجرد أمثلة قليلة على الاستخدامات العملية العديدة للثلج الجاف. إن تنوعها وخصائصها الفريدة تجعلها أداة قيمة في مجموعة متنوعة من الصناعات.

الثلج الجاف مادة متعددة الاستخدامات ولها استخدامات عديدة. من المهم استخدامه بشكل آمن ومسؤول، لأنه يمكن أن يسبب قضمة الصقيع وإصابات أخرى إذا لم يتم التعامل معه بشكل صحيح. ومع ذلك، عند استخدامه بشكل صحيح، يمكن أن يكون أداة قيمة لمجموعة متنوعة من الأغراض. وإذا كنت تستخدمه لأول مرة، فمن الجيد استشارة أحد المتخصصين للحصول على مزيد من المعلومات حول التعامل والاستخدام الآمن.

المصادر

1. Dry Ice History | Dry Ice Info
2. Dry Ice vs Regular Ice: Pros and Cons
3. Dry Ice Safety | National Weather Services
4. Dry Ice Applications | Dry Ice UK
5. 17Uses of Dry Ice – Commercial, Industrial, & Scientific Uses | TechieScientist

تعرّفنا في مقالاتٍ سابقة على العناصر المكوّنة للحرم القدسيّ الشريف، من مساجده المختلفة ومآذنه إلى قبابه ومدارسه وسُبُل الماء الموجودة فيه وأبوابه، وفي هذا المقال سنكمل الحديث عمّا تبقّى من عناصره الأساسية وهي البوائك (القناطر) والأروقة.

البوائك

ويُقصَد بها مجموعة الأعمدة المتتابعة على خط مستقيم، والموصولة في أعلاها بأقواس.

البائكة الجنوبية

تم بناؤها لأول مرة خلال العصر العباسي وتم تجديدها مرتين بعد ذلك: مرة خلال العصر الفاطمي ومرة من قبل السلطان العثماني عبد الحميد الثاني في عام 1893 م. تتكون من عمودين حجريين بينهما ثلاثة أعمدة رخامية يعلوها عدد من الأقواس المدببة. تحتوي البوابة على ساعة شمسية تم نحتها في منتصف واجهتها الجنوبية عام 1907 ميلادية [1].

البائكة الشرقية

لا يزال العام أو العصر الدقيق الذي شيدت فيه هذه البوابة غير معروف. يدعي بعض المؤرخين أنه تم بناؤها خلال العصر العباسي، بينما يقول آخرون إنه تم بناؤها تحت حكم الفاطميين. ومع ذلك، فمن المرجح أنها قد بُنِيَت خلال العصر العباسي وجُدِّدَت من قبل الفاطميين في وقتٍ لاحق. تتكون البائكة من عمودين حجريين بينهما أربعة أعمدة رخامية تعلوها أقواس [1].

البائكة الغربية

تم بناء البائكة الغربية في عام 951 م ولا يزال مؤسسها غير معروف. تتكون من عمودين حجريين بينهما ثلاثة أعمدة رخامية يعلوها عدد من الأقواس [1].

البائكة الشمالية الغربية

تم بناء البائكة الشمالية الغربية من قبل الملك المملوكي الأشرف شعبان في 1376 ميلادية، وتم تجديدها في 1520 ميلادية من قبل السلطان العثماني سليمان القانوني. تتكون من عمودين حجريين بينهما ثلاثة أعمدة رخامية تعلوها أقواس [1].

البائكة الشمالية الشرقية

بنى السلطان محمد بن قلاوون هذه البائكة في عام 1325م. تتكون من دعامتين حجريتين متصلتين بعمودين حجريين رفيعين تعلوهما أقواس [1].

البائكة الجنوبية الغربية

أشرف الأمير ناصر الدين النشاشيبي، حاكم القدس في عهد السلطان قايتباي، على بناء هذه البائكة في عام 1472-1473 م. تتكون من دعامتين حجريتين بينهما عمودان رخاميان تعلوهما ثلاثة أقواس [1].

البائكة الجنوبية الشرقية

تم بناء هذه البوابة في عام 1030م خلال العصر الفاطمي. تتكون من عمودين حجريين مرتبطين بعمودين من الرخام تعلوهما أقواس [1].

الأروقة

الرواق الشمالي

بنى الملك عيسى المعظم أقدم جزء من الرواق الشمالي، والذي يمتدّ إلى الغرب من باب العتم، في عام 1213 م. يمكن العثور على نقش في هذا الجزء من الممر يوثق اسم مؤسسه وسنة بنائه. تم بناء عدد من المدارس فوق الممر: المدرسة الأمينية، المدرسة الأسعردية، المدرسة الفارسية، المدرسة الملكية، وغيرها.

يتكون الرواق من أعمدة حجرية ضخمة تعلوها أسقف مقوسة وأقبية وممرات متداخلة. وهي مرصوفة بأرضيات حجرية أعلى بقليل من باقي باحات الأقصى. خلال العهد العثماني، تم إغلاق الممر بحواجز حجرية وتحويله إلى نزل للحجاج الفقراء [1].

وينقسم إلى ثلاثة أقسام:

القسم الأول: يبدأ من باب الأسباط حتى باب حطة. جُدد زمن السّلطان الأشرف شعبان سنة 1366 – 1367م

القسم الثاني: من باب حطة حتى باب شرف الأنبياء. يعود بناؤه إلى الملك الأوحد نجم الدّين يوسف بن الملك الناصر داود سنة 1296 – 1297م

القسم الثالث: من باب شرف الأنبياء حتى المنطقة الصخرية. ورد ذكره في العصر الفاطمي، ثمّ جُدد زمن الملك المُعظّم عيسى الأيوبي سنة 1213 – 1214م [2].

الرواق الغربي

تم بناء هذا الرواق خلال العصر المملوكي بين 1307-1336 م.
يتكون من أعمدة حجرية تعلوها أسقف مقوسة وعدد من الممرات المتداخلة، وهو مرصوف بأرضيات حجرية أعلى بقليل من باقي باحات الأقصى [1].

وينقسم إلى ثلاثة أقسام:

القسم الأول: يبدأ من باب الغوانمة حتى باب الناظر وبُني سنة 1306 م بإشراف الأمير بلفاق بن جفان الخوارزمي.

القسم الثاني: من باب الناظر حتى باب السّلسلة وبُني سنة 1336م بإشراف الأمير تنكز الناصري في عهد السّلطان محمد بن قلاوون، في نفس فترة بناء باب القطانين.

القسم الثالث: من باب السّلسلة حتى باب المغاربة بُني سنة 1313مـ، بإشراف الأمير موسى بن حسن الهدباني. وجُدد في العصر العثماني بأمر بيرم باشا والي مصر [3].
في الماضي، كانت ممراته تستخدم للتجمعات العلمية [1].

المصادر

1. haramalaqsa.com – aqsa-en-jordan-final.pdf
2. – الرواق الشمالي awqafalquds.org – aqsa landmark
3. – الرواق الغربي awqafalquds.org – aqsa landmark

كما ذكرنا في المقال السابق يستخدم المجهر الإلكتروني الماسح (SEM) شعاعًا من الإلكترونات لمسح سطح العينة، وإنشاء صورة ثلاثية الأبعاد. ويشيع استخدامه لدراسة مورفولوجية سطح المواد، مثل الحجم والشكل وتوزيع الميزات على السطح. بينما يستخدم المجهر الإلكتروني النافذ (TEM) شعاعًا من الإلكترونات للمرور عبر عينة رقيقة، مما يؤدي إلى تكوين صورة للبنية الداخلية للعينة. ويشيع استخدامه لدراسة بنية المواد، مثل ترتيب الذرات والجزيئات، والعيوب في المواد.

يعد المجهر الإلكتروني النافذ (TEM) بمثابة أداة لا غنى عنها في مجال علم النانو ويوفر رؤى لا تقدر بثمن حول بنية وخصائص المواد على المستوى الذري. بفضل قدرته على تصور العينات وتحليلها بتفاصيل لا مثيل لها، أصبح TEM تقنية أساسية للباحثين في مختلف التخصصات العلمية. في هذه المقالة، سنستكشف أساسيات المجهر الإلكتروني النافذ وتطبيقاته والصور المذهلة التي ينتجها.

ما هو المجهر الإلكتروني النافذ؟

المجهر الإلكتروني النافذ هو تقنية تستخدم شعاعًا من الإلكترونات عالية الطاقة للتفاعل مع العينة، والكشف عن بنيتها على المستوى الذري. يتكون الجهاز من مصدر إلكتروني وعدسات كهرومغناطيسية وحامل عينة وكاشفات. وهو يعمل على مبدأ ازدواجية الموجة والجسيم للإلكترونات، حيث يتصرف شعاع الإلكترون عالي الطاقة كموجة وكشعاع من الجسيمات [1].

كيف يعمل المجهر الإلكتروني النافذ؟

يتكون المجهر الإلكتروني النافذ من عدة مكونات رئيسية تعمل معًا لإنشاء صور عالية الدقة للعينات. تشمل هذه المكونات [1,2]:

1. مصدر الإلكترون: عادة ما يكون مصدر الإلكترون في TEM عبارة عن فتيل ساخن أو مسدس انبعاث مجال (FEG). تنبعث منها شعاع من الإلكترونات التي تعمل كمصدر أساسي لإضاءة العينة.

2. العدسات الإلكترونية: يمر شعاع الإلكترون عبر سلسلة من العدسات الكهرومغناطيسية التي تركز الشعاع وتشكله. وتشمل هذه العدسات عدسات مكثفة، والتي تركز الشعاع على العينة، والعدسات الشيئية، التي تركز الإلكترونات المنقولة على نظام التصوير.

3. حامل العينة: يحمل حامل العينة العينة الرقيقة في مكانها ويسمح بوضعها بشكل صحيح داخل المجهر. يجب تحضير العينة كقطعة رفيعة للسماح للإلكترونات بالمرور عبرها.

5. نظام التصوير: يتكون نظام التصوير في TEM من مجموعة من العدسات والفتحات وأجهزة الكشف. تركز العدسة الشيئية الإلكترونات المرسلة على العدسة المتوسطة، مما يزيد من تكبير الصورة. تقوم العدسة المتوسطة بعرض الصورة المكبرة على شاشة الفلورسنت أو الكاميرا الرقمية.

6. شاشة أو كاميرا الفلورسنت: يتم تشكيل الصورة النهائية على شاشة الفلورسنت أو يتم التقاطها بواسطة كاميرا رقمية. في أجهزة TEM القديمة، يتم استخدام شاشة الفلورسنت، حيث تتسبب الإلكترونات التي تضرب الشاشة في انبعاث ضوء مرئي، مما يؤدي إلى إنشاء صورة مرئية. في أجهزة TEM الحديثة، تُستخدم الكاميرات الرقمية بشكل شائع لالتقاط إشارة الإلكترون وتحويلها إلى صورة رقمية.

7. نظام الفراغ: تعمل TEM في ظل ظروف فراغ عالية لمنع تشتت الإلكترون والتفاعل مع جزيئات الهواء. يقوم نظام التفريغ بإزالة الهواء والغازات الأخرى من حجرة المجهر لضمان بيئة نظيفة ومستقرة للتصوير الإلكتروني.

8. برامج التحكم والتحليل: تم تجهيز TEM ببرامج تسمح للمستخدمين بالتحكم في معلمات مختلفة للمجهر، مثل كثافة الشعاع والتركيز وأوضاع التصوير. بالإضافة إلى ذلك، غالبًا ما تحتوي أجهزة TEM المتقدمة على أدوات تحليل مدمجة لقياس المسافات والزوايا وتنفيذ مهام معالجة الصور.

كيف يتم إعداد عينة لـ TEM؟

يتطلب إعداد عينة للمجهر الإلكتروني النافذ خطوات دقيقة لضمان جودة التصوير المثالية. فيما يلي نظرة عامة على عملية إعداد العينة [3] :

• اختيار العينة: اختر جزءًا تمثيليًا من المادة أو العينة محل الاهتمام. يمكن أن يكون مقطعًا رفيعًا من عينة بيولوجية، أو طبقة رقيقة، أو قطعة صغيرة من مادة صلبة.
• التثبيت (للعينات البيولوجية): في حالة العمل مع العينات البيولوجية، غالبًا ما يكون التثبيت ضروريًا للحفاظ على البنية ومنع التدهور. تشمل المثبتات الشائعة الجلوتارالدهيد أو الفورمالديهايد أو مزيج من الاثنين معًا.
• الجفاف: يجب تجفيف العينة لإزالة الماء، لأن الماء يمكن أن يتداخل مع انتقال الإلكترون. يتم ذلك عادةً عن طريق استبدال الماء تدريجيًا بالمذيبات العضوية، مثل الإيثانول أو الأسيتون، من خلال سلسلة من محاليل التركيز المتزايدة.
• التقسيم الرقيق: يتم تقطيع العينة المضمنة إلى أقسام رفيعة للغاية باستخدام مشراح فائق الدقة. يبلغ سمك هذه المقاطع عادةً حوالي 50-100 نانومتر. يتم جمع المقاطع على شبكة أو حامل عينة TEM.
• التلوين (اختياري): التلوين بالمعادن الثقيلة، مثل خلات اليورانيل أو سترات الرصاص، يمكن أن يعزز تباين العينة ويكشف عن هياكل أو مكونات محددة. التلوين مفيد بشكل خاص للعينات البيولوجية.
• التجفيف بالفراغ: يتم إخضاع العينة للتجفيف بالفراغ لإزالة أي مذيبات أو رطوبة متبقية. وهذا أمر بالغ الأهمية للحفاظ على بيئة الفراغ داخل TEM ومنع القطع الأثرية الناجمة عن بخار الماء المتبقي.
• تصوير: تصبح العينة المجهزة جاهزة للتصوي، حيث يتم تحميل حامل العينة في المجهر، ويتم تعيين معلمات التصوير المناسبة، مثل كثافة الشعاع والتركيز. يتم بعد ذلك وضع العينة ومسحها ضوئيًا للحصول على صور بتكبيرات مختلفة.

من المهم ملاحظة أن إعداد العينة لـ TEM يمكن أن يختلف وفقًا للمتطلبات المحددة للعينة وأهداف التصوير. قد تتضمن التقنيات المتخصصة، مثل تقنية التصوير المقطعي الإلكتروني للتصوير ثلاثي الأبعاد، خطوات إضافية. بالإضافة إلى ذلك، من الضروري اتباع بروتوكولات السلامة المناسبة والتعامل مع العينات بعناية لتجنب التلوث أو الضرر.

ما هي مميزات المجهر الإلكتروني النافذ؟

• دقة عالية: يسمح TEM بالتصوير بدقة ذرية، مما يوفر تفاصيل لا يمكن الوصول إليها بواسطة تقنيات الفحص المجهري الأخرى.
• تحليل العناصر: باستخدام التحليل الطيفي للأشعة السينية المشتتة من الطاقة، يستطيع TEM تحديد العناصر الموجودة في العينة، مما يساعد الباحثين على فهم تركيبها.
• علم البلورات: TEM لا يقدر بثمن في دراسة التركيب البلوري للمواد. يمكن لأنماط الحيود الناتجة عندما يتفاعل شعاع الإلكترون مع البلورة أن تكشف معلومات حول ترتيب شبكتها.
• الهياكل النانوية والجسيمات النانوية: يتيح TEM تصور وتوصيف الجسيمات النانوية والأنابيب النانوية وغيرها من الهياكل النانوية، مما يجعله ضروريًا لأبحاث تكنولوجيا النانو.

ما هي تطبيقات المجهر الإلكتروني النافذ؟

يحتوي المجهر الإلكتروني النافذ على مجموعة واسعة من التطبيقات في مجالات مختلفة، بما في ذلك [4-6] :

• علم المواد: يستخدم TEM لدراسة بنية وخصائص المواد على المستوى الذري والجزيئي. يتم استخدامه لتحليل البنية المجهرية للمعادن والسيراميك والبوليمرات، وكذلك لدراسة خصائص المواد النانوية والمواد المركبة. يستخدم TEM أيضًا لدراسة التركيب البلوري للمعادن والصخور.
• علم الأحياء والطب: يستخدم TEM لدراسة بنية ووظيفة العينات البيولوجية، بما في ذلك الخلايا والأنسجة والفيروسات. يتم استخدامه للتحقيق في بنية البروتينات والأحماض النووية والجزيئات الحيوية الأخرى، وكذلك لدراسة التفاعلات بين الخلايا وبيئتها مما يساهم في تحقيق اختراقات في فهم الأمراض وتوصيل الأدوية. وأيضًا في أبحاث السرطان لدراسة بنية وسلوك الخلايا السرطانية.
• تقنية النانو: يستخدم TEM لدراسة خصائص المواد النانوية، بما في ذلك حجمها وشكلها وتركيبها. يتم استخدامه لدراسة بنية الجسيمات النانوية والأنابيب النانوية وغيرها من المواد النانوية، وكذلك لدراسة خصائصها الإلكترونية والبصرية.
• صناعة أشباه الموصلات: يُستخدم TEM في صناعة أشباه الموصلات لتحليل وإنتاج رقائق الكمبيوتر والمكونات الإلكترونية الأخرى. يتم استخدامه للتحقيق في بنية وخصائص المواد شبه الموصلة، وكذلك لتحديد العيوب والمشكلات الأخرى التي يمكن أن تؤثر على أداء الأجهزة الإلكترونية.

مستقبل التصوير الميكروسكوبي النافذ TEM

• TEM في الموقع: يسمح TEM في الموقع بمراقبة العمليات الديناميكية في الوقت الفعلي، مثل نمو المواد النانوية أو سلوك العينات البيولوجية في ظل ظروف مختلفة. أصبحت هذه التقنية ذات شعبية متزايدة، ومن المتوقع أن تؤدي التطورات في حاملي العينات وأنظمة التصوير إلى زيادة توسيع قدراتها.
• تقنية Cryo-TEM: هي تقنية تسمح بتصوير العينات في درجات الحرارة المبردة، مع الحفاظ على حالتها الأصلية وبنيتها. هذه التقنية مفيدة بشكل خاص لدراسة العينات البيولوجية، ومن المتوقع أن تؤدي التطورات في تقنية cryo-TEM إلى تحسين دقة التصوير وسرعته.
• التصوير متعدد الوسائط: يجمع التصوير متعدد الوسائط بين تقنيات التصوير المختلفة، مثل TEM والمجهر الإلكتروني الماسح (SEM)، لتوفير فهم أكثر شمولاً لبنية المواد وخصائصها. من المتوقع أن تؤدي التطورات في التصوير متعدد الوسائط إلى تحسين دقة التصوير وتوفير رؤى جديدة للمواد المعقدة.

باختصار، يعد TEM أداة قوية لدراسة بنية وخصائص المواد على المستوى الذري والجزيئي. تطبيقاتها متنوعة وتتراوح من علوم المواد وعلوم الحياة إلى تكنولوجيا النانو وتحليل الطب الشرعي. لقد أحدث TEM ثورة في فهمنا للعالم من حولنا ولا يزال أداة أساسية للبحث العلمي والابتكار.

يفتح المجهر الإلكتروني النافذ عالمًا من التفاصيل والدقة المذهلة، مما يمكّن العلماء من التعمق في عالم الذرات والجزيئات. بفضل قدرته على تحليل المواد المختلفة، يلعب TEM دورًا أساسيًا في مجالات علمية متعددة، مما يساعد الباحثين على تطوير حلول مبتكرة ودفع حدود المعرفة. مع استمرار التقدم التكنولوجي، سيظل المجهر الإلكتروني النافذ بلا شك أداة لا تقدر بثمن لعقود قادمة.

المصادر

1. Transmission Electron Microscope | Britannica
2. Electron Microscopy Techniques for Investigating Structure and Composition of Hair-Cell Stereociliary Bundles | Frontiersin
3. TEM sample preparation techniques | The University of Gothenburg
4. Transmission Electron Microscope | Micrscopemaster
5. Transmission Electron Microscope | Nanoscience
6. transmission electron microscope | Science Direct
7. Galleries | UNIVERSITY OF ALBERTA
8. Assessment of cultured fish hepatocytes for studying cellular uptake and (eco)toxicity of nanoparticles | Environmental Chemistry

يشيع استخدام العزل الرغوي داخل الجدران لتحسين كفاءة الطاقة في المباني. يساعد على تقليل فقدان الحرارة في الشتاء وزيادة الحرارة في الصيف، مما قد يؤدي إلى انخفاض فواتير الطاقة وبيئة داخلية أكثر راحة. بالإضافة إلى تحسين كفاءة الطاقة، يمكن أن يساعد عزل الرغوة أيضًا في تقليل انتقال الضوضاء بين الغرف ومن الخارج. يمكن أن يساعد أيضًا في منع دخول الرطوبة إلى الجدران، مما قد يؤدي إلى ظهور العفن والمشاكل الأخرى المتعلقة بالرطوبة. كما يوفرمزايا أخرى تجعله خيارًا شائعًا للبناة وأصحاب المنازل على حد سواء.

ما هو تاريخ ومستقبل العزل الرغوي؟

يعود تاريخ عزل الرغوة إلى عدة عقود، مع التطورات والابتكارات في المواد والتقنيات التي تساهم في استخدامها على نطاق واسع اليوم. فيما يلي نظرة عامة موجزة عن تاريخ عزل الرغوة [1] :

التطورات المبكرة: تعود جذور العزل الرغوي إلى منتصف القرن العشرين عندما بدأ الباحثون بتجربة مواد مختلفة لتحسين عزل المبنى. واحدة من أقدم أشكال العزل الرغوي كانت رغوة البوليسترين الموسعة ، والتي تم تطويرها في الأربعينيات من القرن الماضي واكتسبت شعبية بسبب وزنها الخفيف وخصائصها العازلة.

من ثم في الخمسينيات من القرن الماضي، تم إدخال عازل رغوة البولي يوريثان. يوفر هذا النوع من العزل الرغوي قدرات عزل فائقة ويمكن رشه أو حقنه في الجدران والسندرات والأماكن الأخرى. اكتسبت رغوة البولي يوريثان زخمًا سريعًا في صناعة البناء نظرًا لتعدد استخداماتها وفعاليتها.

بعد ذلك، خلال الستينيات والسبعينيات من القرن الماضي، تم إحراز مزيد من التقدم في تقنية عزل الرغوة بالرش. أحدث تطوير رغوة الرش ثنائية المكونات، والتي تضمنت خلط المواد الكيميائية في الموقع لإنشاء رغوة متوسعة، مما يُعتبر ثورة في الصناعة. سمح ذلك بتحكم أفضل في تمدد الرغوة وتحسين قدرتها على سد الفجوات والفجوات.

في فترة الستينيات بالتحديد، أصبحت مواد العزل الرغوية الصلبة مثل البوليسترين الموسع ورغوة البولي أيزوسيانورات (بولي إيزو) مستخدمة على نطاق واسع. كانت هذه المواد شائعة الاستخدام في البناء التجاري والسكني لعزل الجدران والأسقف والأساسات.

في السنوات الأخيرة، كان هناك تركيز متزايد على خيارات العزل الصديقة للبيئة. وقد أدى ذلك إلى تطوير مواد عزل رغوية أكثر استدامة، مثل الرغاوي الحيوية المصنوعة من موارد متجددة مثل زيت الصويا أو زيت الخروع.

يستمر مجال عزل الرغوة في التطور مع البحث والتطوير المستمر. تعمل التركيبات الجديدة وتقنيات التركيب المحسّنة ومعايير كفاءة الطاقة المحسّنة على دفع الصناعة إلى الأمام. تهدف الابتكارات في مجال العزل الرغوي إلى توفير أداء حراري أفضل ومقاومة للرطوبة والسلامة من الحرائق واستدامة عامة.

ما هي المواد المستخدمة في العزل الرغوي؟

هناك عدة أنواع من عوازل الرغوة التي يمكن استخدامها داخل الجدران، بما في ذلك رغوة الرش، والرغوة الصلبة، وألواح الفوم. تعتبر رغوة الرش خيارًا شائعًا لأنه يمكن تطبيقها بسهولة على المساحات غير المنتظمة ويمكن أن تتوسع لملء الفجوات والشقوق. تعتبر الرغوة الخشنة والألواح الرغوية فعالة أيضًا في عزل الجدران ويمكن أن توفر دعمًا هيكليًا إضافيًا. تشمل الأنواع الأكثر شيوعًا لمواد العزل الرغوي ما يلي [2,3] :

رغوة البولي يوريثان – Polyurethane foam: هذا نوع من عازل رغوة الرش يتم تصنيعه عن طريق خلط مادتين كيميائيتين معًا. عندما يتم الجمع بين المواد الكيميائية، فإنها تتفاعل وتتوسع لملء الفراغ حيث يتم تثبيت العزل. تشتهر رغوة البولي يوريثان بخصائصها العازلة الممتازة وقدرتها على سد الفجوات والشقوق في الجدران.

رغوة البولي أيزوسيانورات – Polyisocyanurate foam: هذا نوع من العزل الرغوي الصلب الذي يتم تصنيعه عن طريق الجمع بين الإيزوسيانورات والبولي يوريثان. تُعرف رغوة البولي أيزوسيانورات بقيمتها العالية من مقياس المقاومة الحرارية، مما يجعلها عازلًا فعالًا للجدران والأسقف ومناطق أخرى من المبنى.

الرغوة الفينولية – Phenolic foam: هذا النوع من العزل الرغوي مصنوع من راتنج الفينول فورمالدهايد وهو معروف بمقاومته الممتازة للحريق وانبعاثات الدخان المنخفضة. غالبًا ما تستخدم الرغوة الفينولية في المباني التجارية وغيرها من المناطق التي تكون فيها السلامة من الحرائق أولوية قصوى.

رغوة البوليسترين الموسع – Expanded polystyrene foam: هذا نوع من عازل الرغوة الذي يتم تصنيعه عن طريق تسخين وتوسيع حبيبات البوليسترين. رغوة البوليسترين الموسعة خفيفة الوزن وسهلة التركيب وتوفر عزلًا جيدًا للجدران والأسقف والأساسات.

توفر مواد العزل الرغوي مجموعة من الفوائد، بما في ذلك العزل الحراري الممتاز ومقاومة الرطوبة ومقاومة الحريق. يعتمد اختيار المواد على الاحتياجات المحددة للمبنى وتفضيلات المنشئ أو صاحب المنزل.

ما هي استخدامات الرغوة العازلة؟

فيما يلي بعض الاستخدامات الشائعة لعزل الرغوة [3] :

عزل المباني ومجاري الهواء والتكييف: يتم استخدام العزل الرغوي لعزل مجاري الهواء (التدفئة والتهوية وتكييف الهواء). تمنع القنوات العازلة فقدان الحرارة أو اكتسابها أثناء توزيع الهواء المكيفز وكذلك في الجدران والأسقف والسندرات والأساسات لتقليل انتقال الحرارة وتقليل تسرب الهواء والحفاظ على درجات حرارة داخلية مريحة. مما يحسن الكفاءة الكلية لنظام التدفئة والتهوية وتكييف الهواء. يساعد في الحفاظ على درجات حرارة ثابتة، وتقليل هدر الطاقة، وتحسين جودة الهواء الداخلي.

عزل الأنابيب: يستخدم العزل الرغوي لعزل الأنابيب في الأماكن السكنية والتجارية والصناعية. يساعد على منع فقدان الحرارة أو اكتسابها من أنابيب المياه الساخنة أو الباردة، وتحسين كفاءة الطاقة وتقليل مخاطر التجمد أو التكثيف. يقلل عزل الأنابيب أيضًا من انتقال الحرارة إلى المساحات المجاورة، مما يضمن الأداء الأمثل ويقلل من تكاليف الطاقة.

عازل للصوت: يتم استخدام مواد العزل الرغوية، خاصة تلك ذات خصائص امتصاص الصوت، لتطبيقات عزل الصوت. يتم استخدامها في الجدران والسقوف والأرضيات لتقليل انتقال الضوضاء بين الغرف أو من المصادر الخارجية. يساعد العزل الرغوي على إنشاء بيئات أكثر هدوءًا وأكثر راحة من الناحية الصوتية في المساحات السكنية والتجارية والترفيهية.

التعبئة والتغليف والشحن: يتم استخدام العزل الرغوي في مواد التعبئة والتغليف لحماية العناصر الهشة أو الحساسة أثناء النقل. توفر الحشوات الرغوية أو الألواح الرغوية أو عبوات الرغوة المصبوبة حسب الطلب توسيدًا وامتصاصًا للصدمات، مما يمنع التلف الناتج عن التأثيرات أو الاهتزازات. يساعد العزل الرغوي أيضًا على عزل المنتجات الحساسة للحرارة، مثل الأغذية أو الأدوية، أثناء الشحن.

السيارات ومركبات الفضاء: تُستخدم مواد العزل الرغوية في الأجزاء الداخلية للمركبة، ومقصورات المحرك، وكبائن الطائرات، وغيرها من المناطق التي تتطلب خصائص العزل. يساعد على تنظيم درجة الحرارة وتقليل الضوضاء وتعزيز راحة الركاب.

هذه مجرد أمثلة قليلة للتطبيقات المتنوعة لعزل الرغوة. إن تعدد استخداماته وخصائصه الحرارية وقدرته على سد الفجوات والتجاويف تجعله مادة قيّمة في مختلف الصناعات حيث يكون العزل والحماية وكفاءة الطاقة أمرًا ضروريًا.

ما هو تأثير العزل الرغوي على البيئة؟

يمكن أن يكون لعزل الرغوة تأثيرات إيجابية وسلبية على البيئة، اعتمادًا على نوع الرغوة المستخدمة وتركيبها وطرق التخلص منها. فيما يلي بعض التأثيرات البيئية لعزل الرغوة [4] :

تحسين كفاءة الطاقة: من خلال تقليل انتقال الحرارة وتقليل تسرب الهواء، يساعد عزل الرغوة على تقليل استهلاك الطاقة وانبعاثات غازات الاحتباس الحراري المرتبطة بالتدفئة والتبريد. هذا يؤدي إلى تقليل البصمة الكربونية للمباني ويساهم في بيئة مبنية أكثر استدامة.

استهلاك الموارد: يتطلب إنتاج مواد العزل الرغوي استخدام موارد غير متجددة مثل الوقود الأحفوري والمواد الكيميائية. يمكن أن ينتج عن عملية التصنيع أيضًا نفايات وانبعاثات تساهم في تلوث الهواء والماء. ومع ذلك ، فإن بعض مواد العزل الرغوي، مثل الرغاوي الحيوية المصنوعة من موارد متجددة، يمكن أن تقلل من الأثر البيئي لاستهلاك الموارد.

المواد الكيميائية والسموم: تحتوي بعض مواد العزل الرغوي على مواد كيميائية يمكن أن تكون ضارة بصحة الإنسان والبيئة. على سبيل المثال، مادة الأيزوسيانات والتي يمكن أن تسبب مشاكل في الجهاز التنفسي وتهيج الجلد. يمكن أن يؤدي التركيب السليم والتعامل مع العزل الرغوي إلى تقليل التعرض لهذه المواد الكيميائية.

غير قابلة للتحلل البيولوجي: قد يكون من الصعب التخلص من مواد العزل الرغوية، لأنها غير قابلة للتحلل البيولوجي ويمكن أن تشغل مساحة في مدافن النفايات. يمكن أن يؤدي التخلص غير السليم من عازل الرغوة أيضًا إلى تلوث البيئة. ومع ذلك، يمكن إعادة تدوير بعض مواد العزل الرغوية أو إعادة استخدامها، مما يقلل من تأثيرها على البيئة.

يمكن أن يكون لعزل الرغوة تأثير إيجابي على البيئة من خلال تحسين كفاءة الطاقة وتقليل انبعاثات غازات الاحتباس الحراري. ومع ذلك، فمن المهم النظر في الآثار البيئية المحتملة للمواد العازلة الرغوية واتخاذ خطوات لتقليل آثارها السلبية. يمكن أن يساعد التركيب السليم للعزل الرغوي والتعامل معه والتخلص منه في تقليل تأثيره على البيئة.

المصادر

1. Spray Foam Systems | A Brief History of Spray Foam Insulation
2. GlobalSpec | Foam Insulation
3. Trocellen | Foam Materials
4. Lofteaze | The Environmental Impact of Spray Foam Insulation: What You Need to Consider