Alfa i beta zračenje se općenito naziva radioaktivnim raspadima. Ovo je proces koji je emisija subatomskih čestica iz jezgre, koja se odvija ogromnom brzinom. Kao rezultat toga, atom ili njegov izotop mogu se mijenjati iz jednog kemijskog elementa u drugi. Alfa i beta raspad jezgri karakteristični su za nestabilne elemente. To uključuje sve atome s brojem naboja većim od 83 i masenim brojem većim od 209.
Uvjeti reakcije
Razgradnja je, kao i druge radioaktivne transformacije, prirodna i umjetna. Potonje se događa zbog ulaska neke strane čestice u jezgru. Koliko alfa i beta raspada atom može proći ovisi samo o tome koliko brzo će se postići stabilno stanje.
U prirodnim okolnostima dolazi do alfa i beta minus raspada.
U umjetnim uvjetima prisutni su neutroni, pozitron, proton i drugi, rjeđi tipovi raspada i transformacija jezgri.
Ova imena dao je Ernest Rutherford, koji je proučavao radioaktivno zračenje.
Razlika između stabilnog i nestabilnogjezgra
Sposobnost raspada izravno ovisi o stanju atoma. Takozvana "stabilna" ili neradioaktivna jezgra karakteristična je za atome koji se ne raspadaju. U teoriji se takvi elementi mogu promatrati beskonačno kako bi se konačno uvjerili u njihovu stabilnost. To je potrebno kako bi se takve jezgre odvojile od nestabilnih, koje imaju izuzetno dug poluživot.
Greškom se takav "spori" atom može zamijeniti sa stabilnim. Međutim, telurij, a točnije, njegov izotop broj 128, koji ima poluživot od 2,2·1024 godina, može biti upečatljiv primjer. Ovaj slučaj nije izoliran. Lantan-138 ima poluživot od 1011 godina. Ovo razdoblje je trideset puta starije od postojećeg svemira.
Suština radioaktivnog raspada
Ovaj se proces događa nasumično. Svaki raspadajući radionuklid dobiva stopu koja je konstantna za svaki slučaj. Brzina propadanja ne može se promijeniti pod utjecajem vanjskih čimbenika. Nije važno hoće li se reakcija dogoditi pod utjecajem ogromne gravitacijske sile, na apsolutnoj nuli, u električnom i magnetskom polju, tijekom bilo koje kemijske reakcije i tako dalje. Na proces se može utjecati samo izravnim utjecajem na unutrašnjost atomske jezgre, što je praktički nemoguće. Reakcija je spontana i ovisi samo o atomu u kojem se odvija i njegovom unutarnjem stanju.
Kada se govori o radioaktivnim raspadima, često se koristi izraz "radionuklid". Za one koji to nisuupoznati s tim, trebali biste znati da ova riječ označava skupinu atoma koji imaju radioaktivna svojstva, vlastiti maseni broj, atomski broj i energetski status.
Različiti radionuklidi koriste se u tehničkim, znanstvenim i drugim područjima ljudskog života. Na primjer, u medicini se ti elementi koriste u dijagnosticiranju bolesti, obradi lijekova, alata i drugih predmeta. Postoje čak i brojni terapijski i prognostički radio lijekovi.
Ništa manje važna je definicija izotopa. Ova riječ odnosi se na posebnu vrstu atoma. Imaju isti atomski broj kao i obični element, ali drugačiji maseni broj. Ova razlika je uzrokovana brojem neutrona, koji ne utječu na naboj, poput protona i elektrona, ali mijenjaju njihovu masu. Primjerice, prosti vodik ih ima čak 3. To je jedini element čiji su izotopi dobili imena: deuterij, tricij (jedini radioaktivni) i protij. U drugim slučajevima, imena se daju prema atomskim masama i glavnom elementu.
Alfa raspad
Ovo je vrsta radioaktivne reakcije. Tipičan je za prirodne elemente iz šestog i sedmog razdoblja periodnog sustava kemijskih elemenata. Posebno za umjetne ili transuranske elemente.
Elementi podložni alfa raspadu
Broj metala koji karakterizira ovaj raspad uključuje torij, uran i druge elemente šestog i sedmog razdoblja iz periodnog sustava kemijskih elemenata, računajući od bizmuta. Proces također prolazi kroz izotopi među teškimstavke.
Što se događa tijekom reakcije?
Kada počne alfa raspad, emisija iz jezgre čestica koja se sastoji od 2 protona i para neutrona. Sama emitirana čestica je jezgra atoma helija, s masom od 4 jedinice i nabojem od +2.
Kao rezultat, pojavljuje se novi element, koji se nalazi dvije ćelije lijevo od originala u periodnom sustavu. Ovaj raspored je određen činjenicom da je izvorni atom izgubio 2 protona i zajedno s njim - početni naboj. Kao rezultat toga, masa rezultirajućeg izotopa smanjena je za 4 jedinice mase u usporedbi s početnim stanjem.
Primjeri
Tijekom ovog raspada, torij nastaje iz urana. Od torija nastaje radij, iz njega dolazi radon, koji na kraju daje polonij, a na kraju i olovo. U tom procesu nastaju izotopi ovih elemenata, a ne oni sami. Dakle, ispada uran-238, torij-234, radij-230, radon-236 i tako dalje, sve do pojave stabilnog elementa. Formula za takvu reakciju je sljedeća:
Th-234 -> Ra-230 -> Rn-226 -> Po-222 -> Pb-218
Brzina odabrane alfa čestice u trenutku emisije je od 12 do 20 tisuća km/sek. U vakuumu bi takva čestica obišla globus za 2 sekunde, krećući se duž ekvatora.
Beta Decay
Razlika između ove čestice i elektrona je u mjestu pojavljivanja. Beta raspad se događa u jezgri atoma, a ne u elektronskoj ljusci koja ga okružuje. Najčešća od svih postojećih radioaktivnih transformacija. Može se promatrati u gotovo svim trenutno postojećimkemijski elementi. Iz ovoga slijedi da svaki element ima barem jedan izotop koji je podložan raspadu. U većini slučajeva, beta raspad rezultira beta-minus raspadom.
Tjek reakcije
U ovom procesu iz jezgre se izbacuje elektron, koji je nastao spontanom transformacijom neutrona u elektron i proton. U tom slučaju, zbog veće mase, protoni ostaju u jezgri, a elektron, nazvan beta minus čestica, napušta atom. A budući da ima više protona po jedinici, jezgra samog elementa se mijenja prema gore i nalazi se desno od originala u periodnom sustavu.
Primjeri
Raspad beta s kalijem-40 pretvara ga u izotop kalcija, koji se nalazi s desne strane. Radioaktivni kalcij-47 postaje skandij-47, koji se može pretvoriti u stabilan titan-47. Kako izgleda ovaj beta raspad? Formula:
Ca-47 -> Sc-47 -> Ti-47
Brzina beta čestice je 0,9 puta veća od brzine svjetlosti, što je 270.000 km/sec.
U prirodi nema previše beta-aktivnih nuklida. Vrlo je malo značajnih. Primjer je kalij-40, koji je samo 119/10 000 u prirodnoj smjesi. Također, među značajnim prirodnim beta-minus aktivnim radionuklidima su alfa i beta proizvodi raspada urana i torija.
Beta raspad ima tipičan primjer: torij-234, koji se u alfa raspadu pretvara u protaktinij-234, a zatim na isti način postaje uran, ali njegov drugi izotop broj 234. Ovaj uran-234 opet zbog alfa propadanje postajetorij, ali već drugačija njegova sorta. Taj torij-230 tada postaje radij-226, koji se pretvara u radon. I u istom slijedu, do talija, samo s različitim beta prijelazima natrag. Ovaj radioaktivni beta raspad završava stvaranjem stabilnog olova-206. Ova transformacija ima sljedeću formulu:
Th-234 -> Pa-234 -> U-234 -> Th-230 -> Ra-226 -> Rn-222 -> At-218 -> At-218 -264-6433 -643 -643 Pb-206
Prirodni i značajni beta aktivni radionuklidi su K-40 i elementi od talija do urana.
Beta-plus raspad
Postoji i beta plus transformacija. Također se naziva pozitron beta raspad. Iz jezgre emitira česticu zvanu pozitron. Rezultat je transformacija izvornog elementa u onaj s lijeve strane, koji ima manji broj.
Primjer
Kada dođe do beta raspada elektrona, magnezij-23 postaje stabilan izotop natrija. Radioaktivni europij-150 postaje samarij-150.
Rezultirajuća reakcija beta raspada može stvoriti beta+ i beta emisije. Brzina bijega čestice u oba slučaja je 0,9 puta veća od brzine svjetlosti.
Drugi radioaktivni raspadi
Pored reakcija kao što su alfa raspad i beta raspad, čija je formula nadaleko poznata, postoje i drugi procesi koji su rjeđi i karakterističniji za umjetne radionuklide.
Neutronski raspad. Emituje se neutralna čestica od 1 jedinicemise. Tijekom nje jedan izotop prelazi u drugi s manjim masenim brojem. Primjer bi bio pretvorba litija-9 u litij-8, helija-5 u helij-4.
Kada se stabilni izotop joda-127 ozrači gama zrakama, on postaje izotop broj 126 i postaje radioaktivan.
Protonski raspad. Izuzetno je rijetka. Tijekom njega emitira se proton koji ima naboj od +1 i 1 jedinicu mase. Atomska težina se smanjuje za jednu vrijednost.
Svaka radioaktivna transformacija, posebno radioaktivni raspadi, popraćena je oslobađanjem energije u obliku gama zračenja. Zovu to gama zrakama. U nekim slučajevima se opažaju rendgenske zrake niže energije.
Gamma raspad. To je tok gama kvanta. To je elektromagnetsko zračenje, tvrđe od rendgenskog zračenja, koje se koristi u medicini. Kao rezultat, pojavljuju se gama kvanti, odnosno energija teče iz atomske jezgre. X-zrake su također elektromagnetne, ali potječu iz elektronske ljuske atoma.
Alfa čestice trče
Alfa čestice s masom od 4 atomske jedinice i nabojem od +2 kreću se pravocrtno. Zbog toga možemo govoriti o rasponu alfa čestica.
Vrijednost trčanja ovisi o početnoj energiji i kreće se od 3 do 7 (ponekad 13) cm u zraku. U gustom mediju, to je stoti dio milimetra. Takvo zračenje ne može prodrijeti kroz plahtupapir i ljudska koža.
Zbog vlastite mase i broja naboja, alfa čestica ima najveću ionizirajuću moć i uništava sve na svom putu. U tom smislu, alfa radionuklidi su najopasniji za ljude i životinje kada su izloženi tijelu.
Penetracija beta čestica
Zbog malog masenog broja, koji je 1836 puta manji od protona, negativnog naboja i veličine, beta zračenje slabo djeluje na tvar kroz koju leti, ali štoviše, let je duži. Također putanja čestice nije ravna. U tom smislu govore o sposobnosti prodiranja, koja ovisi o primljenoj energiji.
Probojna moć beta čestica proizvedenih tijekom radioaktivnog raspada doseže 2,3 m u zraku, u tekućinama se broji u centimetrima, a u krutim tvarima - u dijelovima centimetra. Tkiva ljudskog tijela propuštaju zračenje dubine 1,2 cm. Za zaštitu od beta zračenja može poslužiti jednostavan sloj vode do 10 cm. Protok čestica s dovoljno visokom energijom raspada od 10 MeV gotovo potpuno apsorbiraju takvi slojevi: zrak - 4 m; aluminij - 2,2 cm; željezo - 7,55 mm; olovo - 5, 2 mm.
S obzirom na njihovu malu veličinu, čestice beta zračenja imaju nizak kapacitet ionizacije u usporedbi s alfa česticama. Međutim, kada se progutaju, puno su opasniji nego tijekom vanjskog izlaganja.
Neutron i gama trenutno imaju najveću prodornu učinkovitost među svim vrstama zračenja. Raspon ovih zračenja u zraku ponekad doseže desetke i stotinemetara, ali s nižim djelovanjem ionizacije.
Većina izotopa gama zraka ne prelazi 1,3 MeV energije. Rijetko se postižu vrijednosti od 6,7 MeV. U tom smislu, za zaštitu od takvog zračenja, slojevi čelika, betona i olova koriste se za faktor prigušenja.
Na primjer, da bi se kob alt gama zračenje deseterostruko ublažilo, potrebna je olovna zaštita debljine oko 5 cm, za 100-struko slabljenje potrebno je 9,5 cm. Betonska zaštita će biti 33 i 55 cm, a voda - 70 i 115 cm.
Ionizacijska učinkovitost neutrona ovisi o njihovoj energetskoj učinkovitosti.
U svakoj situaciji, najbolji način zaštite od zračenja je ostati što dalje od izvora i provesti što je moguće manje vremena u području visoke radijacije.
fisija atomskih jezgri
Pod fisijom jezgri atoma podrazumijeva se spontana, odnosno pod utjecajem neutrona, podjela jezgre na dva dijela, približno jednake veličine.
Ova dva dijela postaju radioaktivni izotopi elemenata iz glavnog dijela tablice kemijskih elemenata. Počevši od bakra do lantanida.
Tijekom oslobađanja, nekoliko dodatnih neutrona pobjegne i postoji višak energije u obliku gama kvanta, koji je mnogo veći nego tijekom radioaktivnog raspada. Dakle, u jednom činu radioaktivnog raspada pojavljuje se jedan gama kvanta, a tijekom čina fisije pojavljuje se 8, 10 gama kvanta. Također, raspršeni fragmenti imaju veliku kinetičku energiju, koja se pretvara u toplinske pokazatelje.
Oslobođeni neutroni mogu izazvati odvajanje para sličnih jezgri ako se nalaze u blizini i ako ih neutroni pogode.
Ovo povećava mogućnost grananja, ubrzavajući lančanu reakciju cijepanja atomskih jezgri i stvaranje velike količine energije.
Kada je takva lančana reakcija pod kontrolom, može se koristiti u određene svrhe. Na primjer, za grijanje ili struju. Takvi se procesi provode u nuklearnim elektranama i reaktorima.
Ako izgubite kontrolu nad reakcijom, dogodit će se atomska eksplozija. Slično se koristi u nuklearnom oružju.
U prirodnim uvjetima postoji samo jedan element - uran, koji ima samo jedan fisijski izotop s brojem 235. Oružan je.
U običnom atomskom reaktoru urana iz urana-238 pod utjecajem neutrona stvaraju novi izotop na broju 239, a iz njega - plutonij, koji je umjetan i ne nastaje prirodno. U ovom slučaju, dobiveni plutonij-239 koristi se u svrhe oružja. Ovaj proces fisije atomskih jezgri je bit svih atomskih oružja i energije.
Fenomeni poput alfa raspada i beta raspada, čija se formula proučava u školi, rašireni su u naše vrijeme. Zahvaljujući tim reakcijama postoje nuklearne elektrane i mnoge druge industrije koje se temelje na nuklearnoj fizici. Međutim, ne zaboravite na radioaktivnost mnogih od ovih elemenata. Pri radu s njima potrebna je posebna zaštita i poštivanje svih mjera opreza. U suprotnom, to može dovesti donepopravljiva katastrofa.
