Radiațiile alfa și beta sunt, în general, numite dezintegrari radioactive. Acesta este un proces care este emisia de particule subatomice din nucleu, care are loc cu o viteză extraordinară. Ca rezultat, un atom sau izotopul său se poate schimba de la un element chimic la altul. Dezintegrarile alfa și beta ale nucleelor sunt caracteristice elementelor instabile. Acestea includ toți atomii cu un număr de încărcare mai mare de 83 și un număr de masă mai mare de 209.
Condiții de reacție
Descompunerea, ca și alte transformări radioactive, este naturală și artificială. Acesta din urmă apare din cauza pătrunderii unor particule străine în nucleu. Câtă dezintegrare alfa și beta poate suferi un atom depinde doar de cât de repede este atinsă o stare stabilă.
În circumstanțe naturale, apar degradări alfa și beta minus.
În condiții artificiale, neutroni, pozitroni, protoni și alte tipuri mai rare de descompunere și transformări ale nucleelor sunt prezente.
Aceste nume au fost date de Ernest Rutherford, care a studiat radiațiile radioactive.
Diferența dintre stabil și instabilcore
Abilitatea de a descompune depinde direct de starea atomului. Așa-numitul nucleu „stabil” sau neradioactiv este caracteristic atomilor care nu se descompun. În teorie, astfel de elemente pot fi observate la infinit pentru a fi în sfârșit convinși de stabilitatea lor. Acest lucru este necesar pentru a separa astfel de nuclee de cele instabile, care au un timp de înjumătățire extrem de lung.
Din greșeală, un astfel de atom „lent” poate fi confundat cu unul stabil. Cu toate acestea, telurul și, mai precis, izotopul său numărul 128, care are un timp de înjumătățire de 2,2·1024 ani, poate fi un exemplu izbitor. Acest caz nu este izolat. Lantanul-138 are un timp de înjumătățire de 1011 ani. Această perioadă este de treizeci de ori mai mare decât vârsta universului existent.
Esența dezintegrarii radioactive
Acest proces are loc aleatoriu. Fiecare radionuclid în descompunere capătă o rată constantă pentru fiecare caz. Rata de dezintegrare nu se poate modifica sub influența factorilor externi. Nu contează dacă o reacție va avea loc sub influența unei forțe gravitaționale uriașe, la zero absolut, într-un câmp electric și magnetic, în timpul oricărei reacții chimice etc. Procesul poate fi influențat doar prin impact direct asupra interiorului nucleului atomic, ceea ce este practic imposibil. Reacția este spontană și depinde numai de atomul în care se desfășoară și de starea sa internă.
Când ne referim la descompunerea radioactive, termenul „radionuclid” este adesea folosit. Pentru cei care nu suntfamiliarizat cu el, ar trebui să știți că acest cuvânt desemnează un grup de atomi care au proprietăți radioactive, propriul număr de masă, număr atomic și stare energetică.
Diferiți radionuclizi sunt utilizați în domenii tehnice, științifice și în alte domenii ale vieții umane. De exemplu, în medicină, aceste elemente sunt utilizate în diagnosticarea bolilor, prelucrarea medicamentelor, instrumentelor și a altor articole. Există chiar și o serie de medicamente radio terapeutice și prognostice.
Nu mai puțin importantă este definiția izotopului. Acest cuvânt se referă la un tip special de atomi. Au același număr atomic ca un element obișnuit, dar un număr de masă diferit. Această diferență este cauzată de numărul de neutroni, care nu afectează sarcina, cum ar fi protonii și electronii, ci le modifică masa. De exemplu, hidrogenul simplu are până la 3. Acesta este singurul element ale cărui izotopi au fost denumiți: deuteriu, tritiu (singurul radioactiv) și proțiu. În alte cazuri, denumirile sunt date în funcție de masele atomice și elementul principal.
Degradare alfa
Acesta este un fel de reacție radioactivă. Este tipic pentru elementele naturale din perioadele a șasea și a șaptea din tabelul periodic al elementelor chimice. În special pentru elemente artificiale sau transuraniu.
Elemente supuse dezintegrarii alfa
Numărul de metale care se caracterizează prin această degradare include toriu, uraniu și alte elemente din perioadele a șasea și a șaptea din tabelul periodic al elementelor chimice, numărând de la bismut. Procesul suferă, de asemenea, izotopi dintre cei greiarticole.
Ce se întâmplă în timpul unei reacții?
Când începe dezintegrarea alfa, emisia din nucleu de particule constând din 2 protoni și o pereche de neutroni. Particula emisă în sine este nucleul unui atom de heliu, cu o masă de 4 unități și o sarcină de +2.
Ca urmare, apare un nou element, care se află la două celule la stânga originalului în tabelul periodic. Acest aranjament este determinat de faptul că atomul inițial a pierdut 2 protoni și odată cu acesta - încărcătura inițială. Ca urmare, masa izotopului rezultat este redusă cu 4 unități de masă față de starea inițială.
Exemple
În această dezintegrare, toriul se formează din uraniu. Din toriu vine radiul, din el vine radonul, care în cele din urmă dă poloniu și în cele din urmă plumb. În acest proces, se formează izotopi ai acestor elemente, și nu ei înșiși. Deci, se dovedește uraniu-238, toriu-234, radiu-230, radon-236 și așa mai departe, până la apariția unui element stabil. Formula pentru o astfel de reacție este următoarea:
Th-234 -> Ra-230 -> Rn-226 -> Po-222 -> Pb-218
Viteza particulei alfa selectate în momentul emisiei este de la 12 la 20 mii km/sec. Fiind în vid, o astfel de particulă ar înconjura globul în 2 secunde, mișcându-se de-a lungul ecuatorului.
Decadere beta
Diferența dintre această particulă și un electron este în locul apariției. Dezintegrarea beta are loc în nucleul unui atom, nu în învelișul de electroni care îl înconjoară. Cea mai comună dintre toate transformările radioactive existente. Poate fi observată în aproape toate cele existente în prezentelemente chimice. De aici rezultă că fiecare element are cel puțin un izotop supus dezintegrarii. În majoritatea cazurilor, decăderea beta are ca rezultat o degradare beta-minus.
Flux de reacție
În acest proces, un electron este ejectat din nucleu, care a apărut din cauza transformării spontane a unui neutron într-un electron și un proton. În acest caz, datorită masei mai mari, protonii rămân în nucleu, iar electronul, numit particulă beta minus, părăsește atomul. Și deoarece există mai mulți protoni pe unitate, nucleul elementului în sine se schimbă în sus și este situat în dreapta originalului în tabelul periodic.
Exemple
Degradarea beta cu potasiu-40 îl transformă într-un izotop de calciu, care este situat în dreapta. Calciul radioactiv-47 devine scandiu-47, care se poate transforma în titan-47 stabil. Cum arată această dezintegrare beta? Formula:
Ca-47 -> Sc-47 -> Ti-47
Viteza unei particule beta este de 0,9 ori viteza luminii, care este de 270.000 km/sec.
Nu există prea mulți nuclizi beta-activi în natură. Sunt foarte puține semnificative. Un exemplu este potasiul-40, care este doar 119/10.000 într-un amestec natural. De asemenea, printre radionuclizii activi naturali beta-minus semnificativi se numără produșii de descompunere alfa și beta ai uraniului și toriu.
Desintegrarea beta are un exemplu tipic: toriu-234, care în dezintegrare alfa se transformă în protactiniu-234 și apoi în același mod devine uraniu, dar celăl alt izotop al său numărul 234. Acest uraniu-234 din nou datorită alfa. decăderea devinetoriu, dar deja o varietate diferită a acestuia. Acest toriu-230 devine apoi radiu-226, care se transformă în radon. Și în aceeași secvență, până la taliu, doar cu diferite tranziții beta înapoi. Această degradare beta radioactivă se termină cu formarea plumbului-206 stabil. Această transformare are următoarea formulă:
Th-234 -> Pa-234 -> U-234 -> Th-230 -> Ra-226 -> Rn-222 -> At-218 -> -643452 -218 -2645 -245 -245 -2345 Pb-206
Radionuclizii beta activi naturali și semnificativi sunt K-40 și elemente de la taliu la uraniu.
Decadere beta-plus
Există și o transformare beta plus. Se mai numește și degradarea beta a pozitronilor. Emite o particulă numită pozitron din nucleu. Rezultatul este transformarea elementului original în cel din stânga, care are un număr mai mic.
Exemplu
Când are loc dezintegrarea electronului beta, magneziul-23 devine un izotop stabil al sodiului. Europiul-150 radioactiv devine samariu-150.
Reacția de descompunere beta rezultată poate crea emisii beta+ și beta-. Viteza de evacuare a particulelor în ambele cazuri este de 0,9 ori viteza luminii.
Alte dezintegrari radioactive
Pe lângă reacții precum dezintegrarea alfa și dezintegrarea beta, a căror formulă este larg cunoscută, există și alte procese care sunt mai rare și mai caracteristice radionuclizilor artificiali.
Dezintegrarea neutronilor. Este emisă o particulă neutră de 1 unitatemase. În timpul acestuia, un izotop se transformă într-un altul cu un număr de masă mai mic. Un exemplu ar fi conversia litiului-9 în litiu-8, a heliului-5 în heliu-4.
Când un izotop stabil de iod-127 este iradiat cu raze gamma, acesta devine izotopul numărul 126 și dobândește radioactivitate.
Dezintegrarea protonilor. Este extrem de rar. În timpul acesteia, este emis un proton, având o sarcină de +1 și 1 unitate de masă. Greutatea atomică scade cu o valoare.
Orice transformare radioactivă, în special, descompunerile radioactive, este însoțită de eliberarea de energie sub formă de radiație gamma. Ei îi numesc raze gamma. În unele cazuri, se observă raze X cu energie mai mică.
Degradare gamma. Este un flux de cuante gamma. Este o radiație electromagnetică, mai dure decât razele X, care este folosită în medicină. Ca rezultat, apar cuante gamma sau curge energie din nucleul atomic. Razele X sunt, de asemenea, electromagnetice, dar provin din învelișurile de electroni ale atomului.
Particule alfa rulează
Particulele alfa cu o masă de 4 unități atomice și o sarcină de +2 se mișcă în linie dreaptă. Din acest motiv, putem vorbi despre gama de particule alfa.
Valoarea cursei depinde de energia inițială și variază de la 3 la 7 (uneori 13) cm în aer. Într-un mediu dens, este o sutime de milimetru. O astfel de radiație nu poate pătrunde într-o foaiehârtie și piele umană.
Din cauza propriei sale mase și număr de încărcare, particula alfa are cea mai mare putere de ionizare și distruge totul în cale. În acest sens, radionuclizii alfa sunt cei mai periculoși pentru oameni și animale atunci când sunt expuși la corp.
Pătrunderea particulelor beta
Datorită numărului de masă mic, care este de 1836 de ori mai mic decât un proton, sarcină negativă și dimensiune, radiația beta are un efect slab asupra substanței prin care zboară, dar în plus, zborul este mai lung. De asemenea, calea particulei nu este dreaptă. În acest sens, ei vorbesc despre capacitatea de penetrare, care depinde de energia primită.
Puterea de penetrare a particulelor beta produse în timpul dezintegrarii radioactive ajunge la 2,3 m în aer, în lichide se numără în centimetri, iar în solide - în fracțiuni de centimetru. Țesuturile corpului uman transmit radiații la 1,2 cm adâncime. Pentru a proteja împotriva radiațiilor beta, poate servi un simplu strat de apă de până la 10 cm. Fluxul de particule cu o energie de descompunere suficient de mare de 10 MeV este aproape complet absorbit de astfel de straturi: aer - 4 m; aluminiu - 2,2 cm; fier de călcat - 7,55 mm; plumb - 5, 2 mm.
Având în vedere dimensiunea lor mică, particulele de radiații beta au o capacitate de ionizare scăzută în comparație cu particulele alfa. Cu toate acestea, atunci când sunt ingerate, sunt mult mai periculoase decât în timpul expunerii externe.
Neutronii și gama au în prezent cea mai mare performanță de penetrare dintre toate tipurile de radiații. Gama acestor radiații în aer ajunge uneori la zeci și sutemetri, dar cu performanțe de ionizare mai scăzute.
Majoritatea izotopilor razelor gamma nu depășesc 1,3 MeV ca energie. Rareori sunt atinse valori de 6,7 MeV. În acest sens, pentru a proteja împotriva unor astfel de radiații, pentru factorul de atenuare se folosesc straturi de oțel, beton și plumb.
De exemplu, pentru a atenua radiația gamma de cob alt de zece ori, este nevoie de ecranare cu plumb de aproximativ 5 cm grosime, pentru atenuare de 100 de ori, este necesară 9,5 cm. Ecranarea din beton va fi de 33 și 55 cm, iar apă - 70 și 115 cm.
Performanța ionizantă a neutronilor depinde de performanța lor energetică.
În orice situație, cel mai bun mod de a vă proteja împotriva radiațiilor este să rămâneți cât mai departe posibil de sursă și să petreceți cât mai puțin timp posibil în zona cu radiații ridicate.
Fisiunea nucleelor atomice
Sub fisiunea nucleelor atomilor se înțelege spontan, sau sub influența neutronilor, împărțirea nucleului în două părți, aproximativ egale ca mărime.
Aceste două părți devin izotopi radioactivi ai elementelor din partea principală a tabelului elementelor chimice. Începând de la cupru la lantanide.
În timpul eliberării, câțiva neutroni în plus scapă și există un exces de energie sub formă de cuante gamma, care este mult mai mare decât în timpul dezintegrarii radioactive. Deci, într-un act de dezintegrare radioactivă, apare o cuante gamma, iar în timpul actului de fisiune apar 8, 10 cuante gamma. De asemenea, fragmentele împrăștiate au o energie cinetică mare, care se transformă în indicatori termici.
Neutronii eliberați sunt capabili să provoace separarea unei perechi de nuclee similare dacă sunt localizați în apropiere și neutronii îi lovesc.
Acest lucru crește posibilitatea unei reacții în lanț de ramificare, accelerare a nucleelor atomice de scindare și crearea unei cantități mari de energie.
Când o astfel de reacție în lanț este sub control, poate fi folosită în anumite scopuri. De exemplu, pentru încălzire sau electricitate. Astfel de procese sunt efectuate în centrale nucleare și reactoare.
Dacă pierzi controlul reacției, va avea loc o explozie atomică. Similar este folosit în armele nucleare.
În condiții naturale, există un singur element - uraniul, care are un singur izotop fisionabil cu numărul 235. Este de calitate pentru arme.
Într-un reactor atomic obișnuit cu uraniu din uraniu-238, sub influența neutronilor, formează un nou izotop la numărul 239, iar din acesta - plutoniu, care este artificial și nu apare în mod natural. În acest caz, plutoniul-239 rezultat este folosit în scopuri de arme. Acest proces de fisiune a nucleelor atomice este esența tuturor armelor și energiei atomice.
Fenomene precum dezintegrarea alfa și dezintegrarea beta, a căror formulă este studiată în școală, sunt larg răspândite în timpul nostru. Datorită acestor reacții, există centrale nucleare și multe alte industrii bazate pe fizica nucleară. Cu toate acestea, nu uitați de radioactivitatea multora dintre aceste elemente. Când lucrați cu acestea, este necesară o protecție specială și respectarea tuturor măsurilor de precauție. În caz contrar, acest lucru poate duce ladezastru ireparabil.
