Alfa- og betastråling kaldes generelt for radioaktive henfald. Dette er en proces, der er emission af subatomare partikler fra kernen, der sker med en enorm hastighed. Som et resultat kan et atom eller dets isotop skifte fra et kemisk grundstof til et andet. Alfa- og beta-henfald af kerner er karakteristiske for ustabile grundstoffer. Disse omfatter alle atomer med et ladningstal større end 83 og et massetal større end 209.
Reaktionsbetingelser
Nedbrydning, ligesom andre radioaktive transformationer, er naturlig og kunstig. Sidstnævnte opstår på grund af indtrængen af en fremmed partikel i kernen. Hvor meget alfa- og beta-henfald et atom kan gennemgå, afhænger kun af, hvor hurtigt en stabil tilstand nås.
Under naturlige omstændigheder forekommer alfa- og beta-minus-henfald.
Under kunstige forhold er neutron, positron, proton og andre sjældnere typer henfald og transformationer af kerner til stede.
Disse navne blev givet af Ernest Rutherford, som studerede radioaktiv stråling.
Forskellen mellem stabil og ustabilkerne
Evnen til at henfalde afhænger direkte af atomets tilstand. Den såkaldte "stabile" eller ikke-radioaktive kerne er karakteristisk for ikke-henfaldende atomer. I teorien kan sådanne elementer observeres i det uendelige for endelig at blive overbevist om deres stabilitet. Dette er nødvendigt for at adskille sådanne kerner fra ustabile kerner, som har en ekstrem lang halveringstid.
Ved en fejl kan sådan et "langsomt" atom forveksles med et stabilt. Men tellur og mere specifikt dets isotop nummer 128, som har en halveringstid på 2,2·1024 år, kan være et slående eksempel. Denne sag er ikke isoleret. Lanthanum-138 har en halveringstid på 1011 år. Denne periode er tredive gange så gammel som det eksisterende univers.
essensen af radioaktivt henfald
Denne proces sker tilfældigt. Hvert henfaldende radionuklid opnår en hastighed, der er konstant for hvert tilfælde. Nedbrydningshastigheden kan ikke ændre sig under påvirkning af eksterne faktorer. Det er ligegyldigt, om en reaktion vil ske under påvirkning af en enorm tyngdekraft, ved det absolutte nulpunkt, i et elektrisk og magnetisk felt, under enhver kemisk reaktion, og så videre. Processen kan kun påvirkes af direkte påvirkning af det indre af atomkernen, hvilket praktisk t alt er umuligt. Reaktionen er spontan og afhænger kun af det atom, hvori den fortsætter, og dets indre tilstand.
Når der refereres til radioaktive henfald, bruges udtrykket "radionuklid" ofte. For dem, der ikke erbekendt med det, bør du vide, at dette ord betegner en gruppe atomer, der har radioaktive egenskaber, deres eget massetal, atomnummer og energistatus.
Forskellige radionuklider bruges i tekniske, videnskabelige og andre områder af menneskelivet. For eksempel i medicin bruges disse elementer til at diagnosticere sygdomme, behandle medicin, værktøjer og andre genstande. Der findes endda en række terapeutiske og prognostiske radiopræparater.
Ikke mindre vigtigt er definitionen af isotopen. Dette ord refererer til en særlig slags atomer. De har samme atomnummer som et almindeligt grundstof, men et andet massetal. Denne forskel er forårsaget af antallet af neutroner, som ikke påvirker ladningen, som protoner og elektroner, men ændrer deres masse. For eksempel har simpel brint så mange som 3. Dette er det eneste grundstof, hvis isotoper har fået navne: deuterium, tritium (det eneste radioaktive) og protium. I andre tilfælde er navnene givet i henhold til atommasserne og hovedelementet.
Alpha decay
Dette er en slags radioaktiv reaktion. Det er typisk for naturlige grundstoffer fra den sjette og syvende periode i det periodiske system af kemiske grundstoffer. Især til kunstige eller transuranelementer.
Elementer underlagt alfa-forfald
Antallet af metaller, der er karakteriseret ved dette henfald, omfatter thorium, uran og andre grundstoffer fra den sjette og syvende periode fra det periodiske system af kemiske grundstoffer, tællet fra vismut. Processen gennemgår også isotoper blandt de tungevarer.
Hvad sker der under en reaktion?
Når alfa-henfald begynder, udsendes emissionen fra kernen af partikler, der består af 2 protoner og et par neutroner. Selve den udsendte partikel er kernen i et heliumatom med en masse på 4 enheder og en ladning på +2.
Som et resultat dukker et nyt grundstof op, som er placeret to celler til venstre for originalen i det periodiske system. Dette arrangement er bestemt af det faktum, at det oprindelige atom har mistet 2 protoner og sammen med det - den oprindelige ladning. Som følge heraf reduceres massen af den resulterende isotop med 4 masseenheder sammenlignet med den oprindelige tilstand.
Eksempler
Under dette henfald dannes thorium fra uran. Fra thorium kommer radium, fra det kommer radon, som til sidst giver polonium, og til sidst bly. I denne proces dannes isotoper af disse elementer, og ikke de selv. Så det viser sig uran-238, thorium-234, radium-230, radon-236 og så videre, op til udseendet af et stabilt element. Formlen for en sådan reaktion er som følger:
Th-234 -> Ra-230 -> Rn-226 -> Po-222 -> Pb-218
Hastigheden af den valgte alfapartikel i emissionsøjeblikket er fra 12 til 20 tusinde km/sek. Når en sådan partikel befinder sig i et vakuum, vil den cirkle rundt om kloden på 2 sekunder og bevæge sig langs ækvator.
Beta Decay
Forskellen mellem denne partikel og en elektron er stedet for udseendet. Beta-henfald forekommer i kernen af et atom, ikke i elektronskallen, der omgiver det. Den mest almindelige af alle eksisterende radioaktive transformationer. Det kan observeres i næsten alle nuværende eksisterendekemiske grundstoffer. Det følger af dette, at hvert element har mindst én isotop, der er udsat for henfald. I de fleste tilfælde resulterer beta-forfald i beta-minus-henfald.
Reaktionsflow
I denne proces udstødes en elektron fra kernen, som er opstået på grund af den spontane omdannelse af en neutron til en elektron og en proton. I dette tilfælde, på grund af den større masse, forbliver protoner i kernen, og elektronen, kaldet beta-minus-partiklen, forlader atomet. Og da der er flere protoner pr. enhed, ændres selve grundstoffets kerne opad og er placeret til højre for originalen i det periodiske system.
Eksempler
Nedfaldet af beta med kalium-40 gør det til en calciumisotop, som er placeret til højre. Radioaktivt calcium-47 bliver til scandium-47, som kan blive til stabilt titanium-47. Hvordan ser dette beta-henfald ud? Formel:
Ca-47 -> Sc-47 -> Ti-47
Hastigheden af en beta-partikel er 0,9 gange lysets hastighed, hvilket er 270.000 km/sek.
Der er ikke for mange beta-aktive nuklider i naturen. Der er meget få betydningsfulde. Et eksempel er kalium-40, som kun er 119/10.000 i en naturlig blanding. Blandt de væsentlige naturlige beta-minus aktive radionuklider er alfa- og beta-henfaldsprodukterne af uran og thorium.
Beta-henfald har et typisk eksempel: thorium-234, som i alfa-henfald bliver til protactinium-234, og så på samme måde bliver til uran, men dens anden isotop nummer 234. Dette uranium-234 igen på grund af alfa forfald bliverthorium, men allerede en anden variant af det. Denne thorium-230 bliver så til radium-226, som bliver til radon. Og i samme rækkefølge, op til thallium, kun med forskellige beta-overgange tilbage. Dette radioaktive beta-henfald ender med dannelsen af stabil bly-206. Denne transformation har følgende formel:
Th-234 -> Pa-234 -> U-234 -> Th-230 -> Ra-226 -> Rn-222 -> At-218 -> -> -3433452 - Bi-433452 -> -3433452 -3433452 -343452 Pb-206
Naturlige og signifikante beta-aktive radionuklider er K-40 og grundstoffer fra thallium til uran.
Beta-plus-forfald
Der er også en beta-plus-transformation. Det kaldes også positron beta-henfald. Det udsender en partikel kaldet en positron fra kernen. Resultatet er transformationen af det originale element til det til venstre, som har et lavere tal.
Eksempel
Når elektron-beta-henfald opstår, bliver magnesium-23 en stabil isotop af natrium. Radioaktivt europium-150 bliver til samarium-150.
Den resulterende beta-forfaldsreaktion kan skabe beta+ og beta-emissioner. Partikeludslipshastigheden er i begge tilfælde 0,9 gange lysets hastighed.
Andre radioaktive henfald
Ud over sådanne reaktioner som alfa-henfald og beta-henfald, hvis formel er almindeligt kendt, er der andre processer, der er sjældnere og mere karakteristiske for kunstige radionuklider.
Neutronforfald. En neutral partikel på 1 enhed udsendesmasser. I løbet af det bliver en isotop til en anden med et mindre massetal. Et eksempel kunne være omdannelsen af lithium-9 til lithium-8, helium-5 til helium-4.
Når en stabil isotop af jod-127 bestråles med gammastråler, bliver den isotop nummer 126 og får radioaktivitet.
Protonhenfald. Det er yderst sjældent. Under det udsendes en proton med en ladning på +1 og 1 masseenhed. Atomvægten falder med én værdi.
Enhver radioaktiv transformation, især radioaktivt henfald, ledsages af frigivelse af energi i form af gammastråling. De kalder det gammastråler. I nogle tilfælde observeres røntgenstråler med lavere energi.
Gamma-forfald. Det er en strøm af gammakvanter. Det er elektromagnetisk stråling, hårdere end røntgen, som bruges i medicin. Som et resultat opstår gamma-kvanter, eller energi strømmer fra atomkernen. Røntgenstråler er også elektromagnetiske, men stammer fra atomets elektronskaller.
Alfapartikler løber
Alfapartikler med en masse på 4 atomenheder og en ladning på +2 bevæger sig i en lige linje. På grund af dette kan vi tale om rækkevidden af alfapartikler.
Værdien af løbet afhænger af startenergien og varierer fra 3 til 7 (nogle gange 13) cm i luften. I et tæt medium er det en hundrededel af en millimeter. Sådan stråling kan ikke trænge ind i et arkpapir og menneskehud.
På grund af sin egen masse og ladningstal har alfapartiklen den højeste ioniserende kraft og ødelægger alt på dens vej. I denne forbindelse er alfa-radionuklider de farligste for mennesker og dyr, når de udsættes for kroppen.
Beta-partikelpenetration
På grund af det lille massetal, som er 1836 gange mindre end en proton, negativ ladning og størrelse, har betastråling en svag effekt på det stof, den flyver igennem, men desuden er flyvningen længere. Også partiklens vej er ikke lige. I denne forbindelse taler de om penetreringsevne, som afhænger af den modtagne energi.
Den gennemtrængende kraft af beta-partikler produceret under radioaktivt henfald når 2,3 m i luft, i væsker tælles det i centimeter, og i faste stoffer - i brøkdele af en centimeter. Menneskekroppens væv transmitterer stråling 1,2 cm dybt. For at beskytte mod betastråling kan et simpelt lag vand op til 10 cm tjene. Strømmen af partikler med en tilstrækkelig høj henfaldsenergi på 10 MeV absorberes næsten fuldstændigt af sådanne lag: luft - 4 m; aluminium - 2,2 cm; jern - 7,55 mm; bly - 5, 2 mm.
I betragtning af deres lille størrelse har beta-strålingspartikler en lav ioniserende kapacitet sammenlignet med alfapartikler. Men når de indtages, er de meget farligere end under ekstern eksponering.
Neutron og gamma har i øjeblikket den højeste penetrerende ydeevne blandt alle typer stråling. Rækkevidden af disse strålinger i luften når nogle gange titusinder og hundredvismeter, men med lavere ioniserende ydeevne.
De fleste isotoper af gammastråler overstiger ikke 1,3 MeV i energi. Sjældent nås værdier på 6,7 MeV. I denne henseende bruges lag af stål, beton og bly til dæmpningsfaktoren for at beskytte mod sådan stråling.
For at dæmpe kobolt gammastråling ti gange, kræves der blyafskærmning omkring 5 cm tyk, for 100 gange dæmpning kræves 9,5 cm. Betonafskærmning vil være 33 og 55 cm, og vand - 70 og 115 cm.
Neutronernes ioniserende ydeevne afhænger af deres energiydelse.
I enhver situation er den bedste måde at beskytte mod stråling på at holde sig så langt væk fra kilden som muligt og bruge så lidt tid som muligt i området med høj stråling.
Fission af atomkerner
Under sp altningen af atomkernerne menes spontan eller under påvirkning af neutroner opdelingen af kernen i to dele, omtrent lige store.
Disse to dele bliver radioaktive isotoper af grundstoffer fra hoveddelen af tabellen over kemiske grundstoffer. Startende fra kobber til lanthanider.
Under udgivelsen slipper et par ekstra neutroner ud, og der er et overskud af energi i form af gammakvanter, som er meget større end ved radioaktivt henfald. Så i én handling af radioaktivt henfald opstår der én gammakvanta, og under fissionshandlingen opstår der 8, 10 gammakvanter. Også spredte fragmenter har en stor kinetisk energi, som bliver til termiske indikatorer.
De frigivne neutroner er i stand til at fremkalde adskillelse af et par lignende kerner, hvis de er placeret i nærheden, og neutronerne rammer dem.
Dette øger muligheden for en forgrenende, accelererende kædereaktion, der sp alter atomkerner og skaber en stor mængde energi.
Når en sådan kædereaktion er under kontrol, kan den bruges til bestemte formål. For eksempel til varme eller el. Sådanne processer udføres på atomkraftværker og reaktorer.
Hvis du mister kontrollen over reaktionen, vil der ske en atomeksplosion. Lignende bruges i atomvåben.
Under naturlige forhold er der kun ét grundstof - uran, som kun har én sp altbar isotop med tallet 235. Det er af våbenkvalitet.
I en almindelig uran-atomreaktor fra uran-238 danner de under påvirkning af neutroner en ny isotop ved nummer 239, og ud fra den - plutonium, som er kunstigt og ikke forekommer naturligt. I dette tilfælde bruges den resulterende plutonium-239 til våbenformål. Denne sp altningsproces af atomkerner er essensen af alle atomvåben og energi.
Fænomener som alfa-henfald og beta-henfald, hvis formel man studerer i skolen, er udbredt i vores tid. Takket være disse reaktioner er der atomkraftværker og mange andre industrier baseret på kernefysik. Men glem ikke radioaktiviteten af mange af disse elementer. Når du arbejder med dem, kræves særlig beskyttelse og overholdelse af alle forholdsregler. Ellers kan dette føre tiluoprettelig katastrofe.
