Alfa- och betastrålning kallas i allmänhet för radioaktiva sönderfall. Detta är en process som är utsläpp av subatomära partiklar från kärnan, som sker med en enorm hastighet. Som ett resultat kan en atom eller dess isotop förändras från ett kemiskt element till ett annat. Alfa- och beta-sönderfall av kärnor är karakteristiska för instabila element. Dessa inkluderar alla atomer med ett laddningstal större än 83 och ett masstal större än 209.
Reaktionsvillkor
Sönderdelning, liksom andra radioaktiva omvandlingar, är naturligt och artificiellt. Det senare uppstår på grund av att någon främmande partikel tränger in i kärnan. Hur mycket alfa- och beta-sönderfall en atom kan genomgå beror bara på hur snart ett stabilt tillstånd uppnås.
Under naturliga omständigheter förekommer alfa- och beta-minus-sönderfall.
Under artificiella förhållanden förekommer neutroner, positroner, protoner och andra, mer sällsynta typer av sönderfall och transformationer av kärnor.
Dessa namn gavs av Ernest Rutherford, som studerade radioaktiv strålning.
Skillnaden mellan stabil och instabilkärna
Förmågan att sönderfalla beror direkt på atomens tillstånd. Den så kallade "stabila" eller icke-radioaktiva kärnan är karakteristisk för atomer som inte sönderfaller. I teorin kan sådana element observeras i all oändlighet för att slutligen bli övertygad om deras stabilitet. Detta krävs för att separera sådana kärnor från instabila, som har en extremt lång halveringstid.
Av misstag kan en sådan "långsam" atom misstas för en stabil. Men tellur, och mer specifikt, dess isotop nummer 128, som har en halveringstid på 2,2·1024 år, kan vara ett slående exempel. Detta fall är inte isolerat. Lantan-138 har en halveringstid på 1011 år. Denna period är trettio gånger äldre än det existerande universum.
essensen av radioaktivt sönderfall
Denna process sker slumpmässigt. Varje sönderfallande radionuklid får en hastighet som är konstant för varje fall. Nedbrytningshastigheten kan inte förändras under påverkan av yttre faktorer. Det spelar ingen roll om en reaktion kommer att inträffa under påverkan av en enorm gravitationskraft, vid absoluta noll, i ett elektriskt och magnetiskt fält, under någon kemisk reaktion, och så vidare. Processen kan endast påverkas av direkt påverkan på det inre av atomkärnan, vilket är praktiskt taget omöjligt. Reaktionen är spontan och beror endast på atomen i vilken den fortskrider och dess inre tillstånd.
När man refererar till radioaktiva sönderfall används ofta termen "radionuklid". För de som inte är detbekant med det bör du veta att detta ord betecknar en grupp atomer som har radioaktiva egenskaper, deras eget massnummer, atomnummer och energistatus.
Olika radionuklider används inom tekniska, vetenskapliga och andra områden av mänskligt liv. Till exempel, inom medicin, används dessa element för att diagnostisera sjukdomar, bearbeta läkemedel, verktyg och andra föremål. Det finns till och med ett antal terapeutiska och prognostiska radioläkemedel.
Inte mindre viktig är definitionen av isotopen. Detta ord syftar på en speciell sorts atomer. De har samma atomnummer som ett vanligt grundämne, men ett annat massnummer. Denna skillnad orsakas av antalet neutroner, som inte påverkar laddningen, som protoner och elektroner, utan ändrar deras massa. Enkelt väte har till exempel så många som 3. Detta är det enda grundämnet vars isotoper har fått namn: deuterium, tritium (det enda radioaktiva) och protium. I andra fall ges namnen efter atommassorna och huvudelementet.
Alpha decay
Detta är en sorts radioaktiv reaktion. Det är typiskt för naturliga grundämnen från den sjätte och sjunde perioden i det periodiska systemet för kemiska grundämnen. Speciellt för artificiella element eller transuranelement.
Element föremål för alfasönderfall
Antalet metaller som kännetecknas av detta sönderfall inkluderar torium, uran och andra grundämnen från den sjätte och sjunde perioden från det periodiska systemet för kemiska grundämnen, räknat från vismut. Processen genomgår också isotoper bland de tungaobjekt.
Vad händer under en reaktion?
När alfasönderfallet börjar, kommer emissionen från kärnan av partiklar som består av 2 protoner och ett par neutroner. Den emitterade partikeln i sig är kärnan i en heliumatom, med en massa på 4 enheter och en laddning på +2.
Som ett resultat visas ett nytt element, som är placerat två celler till vänster om originalet i det periodiska systemet. Detta arrangemang bestäms av det faktum att den ursprungliga atomen har förlorat 2 protoner och tillsammans med den - den initiala laddningen. Som ett resultat reduceras massan av den resulterande isotopen med 4 massenheter jämfört med initi altillståndet.
Exempel
Under detta sönderfall bildas torium från uran. Från torium kommer radium, från det kommer radon, som så småningom ger polonium, och slutligen bly. I denna process bildas isotoper av dessa element, och inte de själva. Så det visar sig uran-238, torium-234, radium-230, radon-236 och så vidare, upp till utseendet av ett stabilt element. Formeln för en sådan reaktion är följande:
Th-234 -> Ra-230 -> Rn-226 -> Po-222 -> Pb-218
Hastigheten för den valda alfapartikeln vid emissionsögonblicket är från 12 till 20 tusen km/sek. I ett vakuum skulle en sådan partikel cirkla runt jordklotet på 2 sekunder och röra sig längs ekvatorn.
Beta Decay
Skillnaden mellan denna partikel och en elektron ligger i platsen för utseendet. Beta-sönderfall sker i en atoms kärna, inte i elektronskalet som omger den. Den vanligaste av alla befintliga radioaktiva omvandlingar. Det kan observeras i nästan alla befintligakemiska grundämnen. Av detta följer att varje grundämne har minst en isotop som är föremål för sönderfall. I de flesta fall resulterar beta-förfall i beta-minus-förfall.
Reaktionsflöde
I denna process stöts en elektron ut från kärnan, som har uppstått på grund av den spontana omvandlingen av en neutron till en elektron och en proton. I det här fallet, på grund av den större massan, stannar protoner kvar i kärnan, och elektronen, som kallas beta-minus-partikeln, lämnar atomen. Och eftersom det finns fler protoner per enhet ändras själva grundämnets kärna uppåt och ligger till höger om originalet i det periodiska systemet.
Exempel
Sönderfallet av beta med kalium-40 gör det till en kalciumisotop, som ligger till höger. Radioaktivt kalcium-47 blir scandium-47, som kan förvandlas till stabilt titan-47. Hur ser detta beta-förfall ut? Formel:
Ca-47 -> Sc-47 -> Ti-47
Hastigheten för en beta-partikel är 0,9 gånger ljusets hastighet, vilket är 270 000 km/sek.
Det finns inte för många beta-aktiva nuklider i naturen. Det finns väldigt få betydande. Ett exempel är kalium-40, som bara är 119/10 000 i en naturlig blandning. Bland de betydande naturliga beta-minus-aktiva radionuklider finns också alfa- och betasönderfallsprodukterna av uran och torium.
Beta-sönderfall har ett typiskt exempel: torium-234, som i alfa-sönderfall förvandlas till protactinium-234, och sedan på samma sätt blir uran, men dess andra isotop nummer 234. Detta uran-234 igen på grund av alfa förfallet blirtorium, men redan en annan variant av det. Detta torium-230 blir sedan radium-226, som förvandlas till radon. Och i samma sekvens, upp till tallium, bara med olika betaövergångar tillbaka. Detta radioaktiva betasönderfall slutar med bildandet av stabilt bly-206. Denna omvandling har följande formel:
Th-234 -> Pa-234 -> U-234 -> Th-230 -> Ra-226 -> Rn-222 -> At-218 -> -4 Po-> -4 Po-> -4 Po-> -343452 Pb-206
Naturliga och signifikanta betaaktiva radionuklider är K-40 och grundämnen från tallium till uran.
Beta-plus-förfall
Det finns också en beta plus-transformation. Det kallas också positron beta-sönderfall. Den avger en partikel som kallas en positron från kärnan. Resultatet är omvandlingen av det ursprungliga elementet till det till vänster, som har ett lägre nummer.
Exempel
När elektronbeta-sönderfall inträffar blir magnesium-23 en stabil isotop av natrium. Radioaktivt europium-150 blir samarium-150.
Den resulterande beta-sönderfallsreaktionen kan skapa beta+ och beta-utsläpp. Partikelns flykthastighet är i båda fallen 0,9 gånger ljusets hastighet.
Andra radioaktiva sönderfall
Förutom sådana reaktioner som alfa-sönderfall och beta-sönderfall, vars formel är allmänt känd, finns det andra processer som är sällsynta och mer karakteristiska för artificiella radionuklider.
Neutronförfall. En neutral partikel på 1 enhet avgesmassor. Under den förvandlas en isotop till en annan med ett mindre masstal. Ett exempel skulle vara omvandlingen av litium-9 till litium-8, helium-5 till helium-4.
När en stabil isotop av jod-127 bestrålas med gammastrålar, blir den isotop nummer 126 och får radioaktivitet.
Protonsönderfall. Det är extremt sällsynt. Under den emitteras en proton med en laddning på +1 och 1 massaenhet. Atomvikten minskar med ett värde.
All radioaktiv omvandling, i synnerhet radioaktiva sönderfall, åtföljs av frigörande av energi i form av gammastrålning. De kallar det gammastrålar. I vissa fall observeras röntgenstrålar med lägre energi.
Gamma-förfall. Det är en ström av gammakvanta. Det är elektromagnetisk strålning, hårdare än röntgen, som används inom medicin. Som ett resultat uppstår gammakvanta eller energi flödar från atomkärnan. Röntgenstrålar är också elektromagnetiska men kommer från atomens elektronskal.
Alfapartiklar rinner
Alfapartiklar med en massa på 4 atomenheter och en laddning på +2 rör sig i en rät linje. På grund av detta kan vi prata om utbudet av alfapartiklar.
Värdet på löpningen beror på den initiala energin och sträcker sig från 3 till 7 (ibland 13) cm i luften. I ett tätt medium är det en hundradels millimeter. Sådan strålning kan inte penetrera ett arkpapper och människohud.
På grund av sin egen massa och laddningsnummer har alfapartikeln den högsta joniserande kraften och förstör allt i dess väg. I detta avseende är alfaradionuklider de farligaste för människor och djur när de utsätts för kroppen.
Beta-partikelpenetration
På grund av det lilla masstalet, som är 1836 gånger mindre än en proton, negativ laddning och storlek, har betastrålning en svag effekt på ämnet som den flyger igenom, men dessutom är flygningen längre. Även partikelns väg är inte rak. I detta avseende talar de om penetreringsförmåga, som beror på den mottagna energin.
Penetreringskraften hos beta-partiklar som produceras under radioaktivt sönderfall når 2,3 m i luft, i vätskor räknas den i centimeter och i fasta ämnen - i bråkdelar av en centimeter. Människokroppens vävnader överför strålning 1,2 cm djup. För att skydda mot beta-strålning kan ett enkelt lager vatten upp till 10 cm tjäna. Flödet av partiklar med en tillräckligt hög sönderfallsenergi på 10 MeV absorberas nästan helt av sådana lager: luft - 4 m; aluminium - 2,2 cm; järn - 7,55 mm; bly - 5, 2 mm.
Med tanke på deras ringa storlek har betastrålningspartiklar en låg joniserande kapacitet jämfört med alfapartiklar. Men när de intas är de mycket farligare än vid extern exponering.
Neutron och gamma har för närvarande den högsta penetrerande prestandan bland alla typer av strålning. Räckvidden för dessa strålningar i luften når ibland tiotals och hundratalsmeter, men med lägre joniserande prestanda.
De flesta isotoper av gammastrålar överstiger inte 1,3 MeV i energi. Sällan nås värden på 6,7 MeV. I detta avseende, för att skydda mot sådan strålning, används lager av stål, betong och bly för dämpningsfaktorn.
Till exempel, för att dämpa koboltgammastrålningen tiofaldigt, behövs blyavskärmning ca 5 cm tjock, för 100-faldig dämpning krävs 9,5 cm. Betongskärmning blir 33 och 55 cm, och vatten - 70 och 115 cm.
Neutronernas joniserande prestanda beror på deras energiprestanda.
I alla situationer är det bästa sättet att skydda mot strålning att hålla sig så långt borta från källan som möjligt och tillbringa så lite tid som möjligt i området med hög strålning.
Klyvning av atomkärnor
Under klyvningen av atomernas kärnor avses spontan, eller under inverkan av neutroner, uppdelningen av kärnan i två delar, ungefär lika stora.
Dessa två delar blir radioaktiva isotoper av grundämnen från huvuddelen av tabellen över kemiska grundämnen. Från koppar till lantanider.
Under utsläppet kommer ett par extra neutroner ut och det finns ett överskott av energi i form av gammakvanta, vilket är mycket större än vid radioaktivt sönderfall. Så, i en handling av radioaktivt sönderfall uppträder en gammakvanta, och under fissionsakten uppträder 8, 10 gammakvanter. Dessutom har spridda fragment en stor kinetisk energi, som förvandlas till termiska indikatorer.
De frigjorda neutronerna kan framkalla separation av ett par liknande kärnor om de finns i närheten och neutronerna träffar dem.
Detta ökar möjligheten för en förgrenad, accelererande kedjereaktion för att splittra atomkärnor och skapa en stor mängd energi.
När en sådan kedjereaktion är under kontroll kan den användas för vissa ändamål. Till exempel för värme eller el. Sådana processer utförs vid kärnkraftverk och reaktorer.
Om du tappar kontrollen över reaktionen kommer en atomexplosion att inträffa. Liknande används i kärnvapen.
I naturliga förhållanden finns det bara ett grundämne - uran, som bara har en klyvbar isotop med siffran 235. Det är av vapenkvalitet.
I en vanlig uranatomreaktor från uran-238, under inverkan av neutroner, bildar de en ny isotop vid nummer 239, och av den - plutonium, som är artificiellt och inte förekommer naturligt. I det här fallet används den resulterande plutonium-239 för vapenändamål. Denna process av klyvning av atomkärnor är kärnan i alla atomvapen och energi.
Fenomen som alfasönderfall och beta-sönderfall, vars formel studeras i skolan, är utbredda i vår tid. Tack vare dessa reaktioner finns det kärnkraftverk och många andra industrier baserade på kärnfysik. Men glöm inte radioaktiviteten hos många av dessa grundämnen. När du arbetar med dem krävs särskilt skydd och efterlevnad av alla försiktighetsåtgärder. Annars kan detta leda tillirreparabel katastrof.
