Alfa- og betastråling kalles vanligvis radioaktive henfall. Dette er en prosess som er utslipp av subatomære partikler fra kjernen, som skjer med en enorm hastighet. Som et resultat kan et atom eller dets isotop endres fra ett kjemisk element til et annet. Alfa- og beta-forfall av kjerner er karakteristiske for ustabile grunnstoffer. Disse inkluderer alle atomer med et ladningstall større enn 83 og et massetall større enn 209.
Reaksjonsbetingelser
Dekomponering, som andre radioaktive transformasjoner, er naturlig og kunstig. Sistnevnte oppstår på grunn av inntrengning av en fremmed partikkel i kjernen. Hvor mye alfa- og beta-forfall et atom kan gjennomgå avhenger bare av hvor raskt en stabil tilstand nås.
Under naturlige omstendigheter forekommer alfa- og beta-minus-forfall.
Under kunstige forhold er nøytron, positron, proton og andre sjeldnere typer forfall og transformasjoner av kjerner tilstede.
Disse navnene ble gitt av Ernest Rutherford, som studerte radioaktiv stråling.
Forskjellen mellom stabil og ustabilkjerne
Evnen til å forfalle avhenger direkte av atomets tilstand. Den såk alte "stabile" eller ikke-radioaktive kjernen er karakteristisk for ikke-råtnende atomer. I teorien kan slike elementer observeres i det uendelige for å bli endelig overbevist om deres stabilitet. Dette er nødvendig for å skille slike kjerner fra ustabile, som har ekstremt lang halveringstid.
Ved en feil kan et slikt "sakte" atom forveksles med et stabilt. Imidlertid kan tellur, og mer spesifikt dets isotop nummer 128, som har en halveringstid på 2,2·1024 år, være et slående eksempel. Denne saken er ikke isolert. Lanthanum-138 har en halveringstid på 1011 år. Denne perioden er tretti ganger så gammel som det eksisterende universet.
essensen av radioaktivt forfall
Denne prosessen skjer tilfeldig. Hvert råtnende radionuklid får en hastighet som er konstant for hvert tilfelle. Nedbrytningshastigheten kan ikke endres under påvirkning av eksterne faktorer. Det spiller ingen rolle om en reaksjon vil skje under påvirkning av en enorm gravitasjonskraft, ved absolutt null, i et elektrisk og magnetisk felt, under enhver kjemisk reaksjon, og så videre. Prosessen kan bare påvirkes av direkte påvirkning på det indre av atomkjernen, noe som er praktisk t alt umulig. Reaksjonen er spontan og avhenger bare av atomet den fortsetter i og dets indre tilstand.
Når det refereres til radioaktive henfall, brukes ofte begrepet "radionuklid". For de som ikke er detkjent med det, bør du vite at dette ordet betegner en gruppe atomer som har radioaktive egenskaper, eget massenummer, atomnummer og energistatus.
Ulike radionuklider brukes i tekniske, vitenskapelige og andre områder av menneskelivet. For eksempel, i medisin, brukes disse elementene til å diagnostisere sykdommer, behandle medisiner, verktøy og andre gjenstander. Det finnes til og med en rekke terapeutiske og prognostiske radiomedisiner.
Ikke mindre viktig er definisjonen av isotopen. Dette ordet refererer til en spesiell type atomer. De har samme atomnummer som et vanlig grunnstoff, men et annet massenummer. Denne forskjellen er forårsaket av antall nøytroner, som ikke påvirker ladningen, som protoner og elektroner, men endrer massen deres. Enkelt hydrogen har for eksempel så mange som 3. Dette er det eneste grunnstoffet hvis isotoper har fått navn: deuterium, tritium (det eneste radioaktive) og protium. I andre tilfeller er navnene gitt i henhold til atommassene og hovedelementet.
Alpha decay
Dette er en slags radioaktiv reaksjon. Det er typisk for naturlige elementer fra den sjette og syvende perioden i det periodiske systemet for kjemiske elementer. Spesielt for kunstige eller transuranelementer.
Elementer utsatt for alfa-forfall
Antall metaller som er preget av dette forfallet inkluderer thorium, uran og andre grunnstoffer fra den sjette og syvende perioden fra det periodiske systemet for kjemiske elementer, regnet fra vismut. Prosessen gjennomgår også isotoper blant de tungevarer.
Hva skjer under en reaksjon?
Når alfa-forfall begynner, vil utslippet fra kjernen av partikler som består av 2 protoner og et par nøytroner. Selve den utsendte partikkelen er kjernen til et heliumatom, med en masse på 4 enheter og en ladning på +2.
Som et resultat dukker det opp et nytt element, som er plassert to celler til venstre for originalen i det periodiske systemet. Denne ordningen bestemmes av det faktum at det opprinnelige atomet har mistet 2 protoner og sammen med det - den opprinnelige ladningen. Som et resultat reduseres massen til den resulterende isotopen med 4 masseenheter sammenlignet med starttilstanden.
Eksempler
Under dette forfallet dannes thorium fra uran. Fra thorium kommer radium, fra det kommer radon, som til slutt gir polonium, og til slutt bly. I denne prosessen dannes isotoper av disse elementene, og ikke de selv. Så det viser seg uran-238, thorium-234, radium-230, radon-236 og så videre, opp til utseendet til et stabilt element. Formelen for en slik reaksjon er som følger:
Th-234 -> Ra-230 -> Rn-226 -> Po-222 -> Pb-218
Hastigheten til den valgte alfapartikkelen i utslippsøyeblikket er fra 12 til 20 tusen km/sek. I et vakuum vil en slik partikkel sirkle rundt kloden på 2 sekunder og bevege seg langs ekvator.
Beta Decay
Forskjellen mellom denne partikkelen og et elektron er i stedet for utseende. Beta-forfall skjer i kjernen til et atom, ikke i elektronskallet som omgir det. Den vanligste av alle eksisterende radioaktive transformasjoner. Det kan observeres i nesten alle eksisterendekjemiske elementer. Det følger av dette at hvert element har minst en isotop utsatt for forfall. I de fleste tilfeller resulterer beta-forfall i beta-minus-forfall.
Reaksjonsflyt
I denne prosessen blir et elektron kastet ut fra kjernen, som har oppstått på grunn av spontan transformasjon av et nøytron til et elektron og et proton. I dette tilfellet, på grunn av den større massen, forblir protoner i kjernen, og elektronet, k alt beta-minus-partikkelen, forlater atomet. Og siden det er flere protoner per enhet, endres selve grunnstoffets kjerne oppover og er plassert til høyre for originalen i det periodiske system.
Eksempler
Nedbrytningen av beta med kalium-40 gjør den til en kalsiumisotop, som ligger til høyre. Radioaktivt kalsium-47 blir til scandium-47, som kan bli til stabil titan-47. Hvordan ser dette beta-forfallet ut? Formel:
Ca-47 -> Sc-47 -> Ti-47
Hastigheten til en beta-partikkel er 0,9 ganger lysets hastighet, som er 270 000 km/sek.
Det er ikke for mange betaaktive nuklider i naturen. Det er svært få betydningsfulle. Et eksempel er kalium-40, som bare er 119/10 000 i en naturlig blanding. Blant de betydelige naturlige beta-minus aktive radionuklidene er også alfa- og beta-nedbrytningsproduktene av uran og thorium.
Beta-forfall har et typisk eksempel: thorium-234, som i alfa-forfall blir til protactinium-234, og deretter på samme måte blir uran, men dens andre isotop nummer 234. Dette uran-234 igjen på grunn av alfa forfallet blirthorium, men allerede en annen variant av det. Denne thorium-230 blir så til radium-226, som blir til radon. Og i samme sekvens, opp til tallium, bare med forskjellige beta-overganger tilbake. Dette radioaktive beta-forfallet ender med dannelsen av stabil bly-206. Denne transformasjonen har følgende formel:
Th-234 -> Pa-234 -> U-234 -> Th-230 -> Ra-226 -> Rn-222 -> At-218 -> -4 Po-> - Bi-> -4 Po-> - Pb-206
Naturlige og signifikante betaaktive radionuklider er K-40 og elementer fra tallium til uran.
Beta-pluss-forfall
Det er også en beta pluss-transformasjon. Det kalles også positron beta-forfall. Den sender ut en partikkel som kalles et positron fra kjernen. Resultatet er transformasjonen av det opprinnelige elementet til det til venstre, som har et lavere tall.
Eksempel
Når elektron-beta-nedbrytning oppstår, blir magnesium-23 en stabil isotop av natrium. Radioaktivt europium-150 blir samarium-150.
Den resulterende beta-forfallsreaksjonen kan skape beta+ og beta-utslipp. Partikkelutslippshastigheten i begge tilfeller er 0,9 ganger lysets hastighet.
Andre radioaktive henfall
I tillegg til slike reaksjoner som alfa-forfall og beta-forfall, hvis formel er allment kjent, er det andre prosesser som er sjeldnere og mer karakteristiske for kunstige radionuklider.
Nøytronforfall. En nøytral partikkel på 1 enhet sendes utmasser. I løpet av den blir en isotop til en annen med et mindre massetall. Et eksempel kan være konvertering av litium-9 til litium-8, helium-5 til helium-4.
Når en stabil isotop av jod-127 blir bestrålt med gammastråler, blir den isotop nummer 126 og får radioaktivitet.
Protonforfall. Det er ekstremt sjeldent. I løpet av den sendes det ut et proton som har en ladning på +1 og 1 masseenhet. Atomvekten reduseres med én verdi.
Enhver radioaktiv transformasjon, spesielt radioaktivt forfall, er ledsaget av frigjøring av energi i form av gammastråling. De kaller det gammastråler. I noen tilfeller observeres røntgenstråler med lavere energi.
Gamma-forfall. Det er en strøm av gammakvanter. Det er elektromagnetisk stråling, hardere enn røntgen, som brukes i medisin. Som et resultat dukker det opp gamma-kvanter, eller energi strømmer fra atomkjernen. Røntgenstråler er også elektromagnetiske, men stammer fra atomets elektronskall.
Alfapartikler kjører
Alfapartikler med en masse på 4 atomenheter og en ladning på +2 beveger seg i en rett linje. På grunn av dette kan vi snakke om rekkevidden av alfapartikler.
Verdien av løpeturen avhenger av startenergien og varierer fra 3 til 7 (noen ganger 13) cm i luften. I et tett medium er det en hundredel av en millimeter. Slik stråling kan ikke trenge gjennom et arkpapir og menneskehud.
På grunn av sin egen masse og ladningsnummer, har alfapartikkelen den høyeste ioniserende kraften og ødelegger alt i sin vei. I denne forbindelse er alfa-radionuklider de farligste for mennesker og dyr når de utsettes for kroppen.
betapartikkelpenetrasjon
På grunn av det lille massetallet, som er 1836 ganger mindre enn et proton, negativ ladning og størrelse, har betastråling en svak effekt på stoffet den flyr gjennom, men dessuten er flyturen lengre. Heller ikke banen til partikkelen er rett. I denne forbindelse snakker de om penetreringsevne, som avhenger av den mottatte energien.
Den gjennomtrengende kraften til beta-partikler produsert under radioaktivt forfall når 2,3 m i luft, i væsker telles den i centimeter, og i faste stoffer - i brøkdeler av en centimeter. Vevene i menneskekroppen overfører stråling 1,2 cm dyp. For å beskytte mot betastråling kan et enkelt lag med vann opp til 10 cm tjene. Strømmen av partikler med en tilstrekkelig høy forfallsenergi på 10 MeV absorberes nesten fullstendig av slike lag: luft - 4 m; aluminium - 2,2 cm; jern - 7,55 mm; bly - 5, 2 mm.
Gitt deres lille størrelse, har betastrålingspartikler lav ioniserende kapasitet sammenlignet med alfapartikler. Men når de svelges, er de mye farligere enn ved ekstern eksponering.
Nøytron og gamma har for tiden den høyeste penetrerende ytelsen blant alle typer stråling. Rekkevidden av disse strålingene i luften når noen ganger titalls og hundrevismeter, men med lavere ioniserende ytelse.
De fleste isotoper av gammastråler overstiger ikke 1,3 MeV i energi. Sjelden nås verdier på 6,7 MeV. I denne forbindelse, for å beskytte mot slik stråling, brukes lag av stål, betong og bly for dempningsfaktoren.
For å dempe kobolt gammastråling ti ganger, trengs blyskjerming ca. 5 cm tykk, for 100 ganger demping kreves 9,5 cm. Betongskjerming vil være 33 og 55 cm, og vann - 70 og 115 cm.
Nøytronenes ioniserende ytelse avhenger av deres energiytelse.
I enhver situasjon er den beste måten å beskytte seg mot stråling på å holde seg så langt unna kilden som mulig og tilbringe så lite tid som mulig i området med høy stråling.
Fisjon av atomkjerner
Under fisjon av atomkjerner menes spontan, eller under påvirkning av nøytroner, delingen av kjernen i to deler, omtrent like store.
Disse to delene blir radioaktive isotoper av grunnstoffer fra hoveddelen av tabellen over kjemiske elementer. Fra kobber til lantanider.
Under utgivelsen slipper det ut et par ekstra nøytroner og det blir et overskudd av energi i form av gammakvanta, som er mye større enn ved radioaktivt forfall. Så, i en handling av radioaktivt forfall, vises en gamma-kvanter, og under fisjonshandlingen vises 8, 10 gamma-kvanter. Også spredte fragmenter har en stor kinetisk energi, som blir til termiske indikatorer.
De frigjorte nøytronene er i stand til å fremprovosere separasjon av et par lignende kjerner hvis de befinner seg i nærheten og nøytronene treffer dem.
Dette øker muligheten for en forgrenende, akselererende kjedereaksjon for å splitte atomkjerner og skape en stor mengde energi.
Når en slik kjedereaksjon er under kontroll, kan den brukes til visse formål. For eksempel til oppvarming eller elektrisitet. Slike prosesser utføres ved kjernekraftverk og reaktorer.
Hvis du mister kontrollen over reaksjonen, vil det skje en atomeksplosjon. Lignende brukes i atomvåpen.
Under naturlige forhold er det bare ett grunnstoff - uran, som bare har én sp altbar isotop med tallet 235. Det er av våpenkvalitet.
I en vanlig uran atomreaktor fra uran-238, under påvirkning av nøytroner, danner de en ny isotop på nummer 239, og fra den - plutonium, som er kunstig og ikke forekommer naturlig. I dette tilfellet brukes den resulterende plutonium-239 til våpenformål. Denne prosessen med fisjon av atomkjerner er essensen av alle atomvåpen og energi.
Fenomener som alfa-forfall og beta-forfall, som formelen studeres i skolen, er utbredt i vår tid. Takket være disse reaksjonene finnes det kjernekraftverk og mange andre industrier basert på kjernefysikk. Men ikke glem radioaktiviteten til mange av disse elementene. Når du arbeider med dem, kreves spesiell beskyttelse og overholdelse av alle forholdsregler. Ellers kan dette føre tiluopprettelig katastrofe.
