Wat zijn alfa-verval en bèta-verval? Bèta-verval, alfa-verval: formules en reacties

Alfa- en bètastraling worden over het algemeen genoemdradioactief verval. Het is een proces waarbij met een enorme snelheid subatomaire deeltjes uit de kern worden geëmitteerd. Als gevolg hiervan kan een atoom of zijn isotoop transformeren van het ene chemisch element naar het andere. Alfa- en bèta-verval van kernen zijn kenmerkend voor onstabiele elementen. Deze omvatten alle atomen met een ladingsgetal groter dan 83 en een massagetal groter dan 209.

Reactie voorwaarden

Verval zoals andere radioactieve stoffentransformaties, het is natuurlijk en kunstmatig. Dit laatste gebeurt door het binnendringen van een vreemd deeltje in de kern. Hoeveel alfa- en bèta-verval een atoom kan ondergaan, hangt alleen af ​​van hoe snel een stabiele toestand wordt bereikt.

Onder natuurlijke omstandigheden treden alfa- en bèta-minus-verval op.

Onder kunstmatige omstandigheden zijn er neutronen, positronen, protonen en andere, meer zeldzame soorten verval en transformaties van kernen.

Deze namen werden gegeven door Ernest Rutherford, die zich bezighield met de studie van radioactieve straling.

Verschil tussen stabiele en onstabiele kernel

Het vervalvermogen hangt rechtstreeks af vanstaten van het atoom. De zogenaamde "stabiele" of niet-radioactieve kern is kenmerkend voor niet-vervallende atomen. In theorie kan de observatie van dergelijke elementen voor onbepaalde tijd worden uitgevoerd om uiteindelijk zeker te zijn van hun stabiliteit. Dit is nodig om dergelijke kernen te scheiden van onstabiele kernen, die een extreem lange halfwaardetijd hebben.

Per ongeluk kan zo'n "vertraagd" atoom worden aangezien voor een stabiel atoom. Telluur, en meer specifiek, zijn isotoop 128, die een halfwaardetijd van 2,2 10 heeft²⁴ jaar. Dit geval staat niet op zichzelf. Lanthaan-138 heeft een halfwaardetijd van 10¹¹ jaar. Deze periode is dertig keer de leeftijd van het bestaande universum.

De essentie van radioactief verval

Dit proces is willekeurig.Elke rottende radionuclide krijgt een snelheid die voor elk geval constant is. De vervalsnelheid kan niet worden veranderd door externe factoren. Het maakt niet uit of een reactie zal plaatsvinden onder invloed van een enorme zwaartekracht, op het absolute nulpunt, in een elektrisch en magnetisch veld, tijdens een chemische reactie, enzovoort. Het proces kan alleen worden beïnvloed door directe actie aan de binnenkant van de atoomkern, wat praktisch onmogelijk is. De reactie is spontaan en hangt alleen af ​​van het atoom waarin het plaatsvindt en zijn interne toestand.

Wanneer radioactief verval wordt genoemd,de term "radionuclide" komt voor. Degenen die er niet bekend mee zijn, moeten weten dat dit woord een groep atomen aanduidt met radioactieve eigenschappen, hun eigen massagetal, atoomnummer en energiestatus.

Diverse radionucliden worden gebruikt in technische,wetenschappelijke en andere gebieden van het menselijk leven. In de geneeskunde worden deze elementen bijvoorbeeld gebruikt bij het diagnosticeren van ziekten, het verwerken van medicijnen, gereedschappen en andere items. Er zijn zelfs een aantal therapeutische en prognostische radiopreparaties.

De bepaling van de isotoop is niet minder belangrijk.Dit woord verwijst naar een speciaal soort atoom. Ze hebben hetzelfde atoomnummer als een normaal element, maar een ander massagetal. Dit verschil wordt veroorzaakt door het aantal neutronen, die de lading niet beïnvloeden, zoals protonen en elektronen, maar van massa veranderen. Zo heeft enkelvoudig waterstof er maar liefst 3. Dit is het enige element waarvan de isotopen zijn genoemd: deuterium, tritium (het enige radioactieve) en protium. Anders worden namen gegeven op basis van atoommassa's en het hoofdelement.

Alpha verval

Dit is een soort radioactieve reactie. Het is kenmerkend voor natuurlijke elementen uit de zesde en zevende periode van Mendelejevs tabel met chemische elementen. Vooral voor kunstmatige of transurane elementen.

Elementen die onderhevig zijn aan alfa-verval

Onder de metalen waarvoor ditverval, omvatten thorium, uranium en andere elementen van de zesde en zevende periode uit het periodiek systeem van chemische elementen, gerekend vanaf bismut. Isotopen uit zware elementen worden ook aan het proces onderworpen.

Wat gebeurt er tijdens de reactie?

Met alfa-verval beginnen deeltjes te worden uitgezonden vanuit de kern, bestaande uit 2 protonen en een paar neutronen. Het uitgezonden deeltje zelf is de kern van een heliumatoom, met een massa van 4 eenheden en een lading van +2.

Als resultaat verschijnt er een nieuw element, datbevinden zich twee cellen links van het origineel in het periodiek systeem. Deze opstelling wordt bepaald door het feit dat het oorspronkelijke atoom 2 protonen heeft verloren en daarmee de initiële lading. Als resultaat neemt de massa van de resulterende isotoop af met 4 massa-eenheden in vergelijking met de begintoestand.

voorbeelden

Tijdens dit verval wordt thorium gevormd uit uranium.Van thorium komt radium, daaruit radon, dat uiteindelijk polonium geeft, en uiteindelijk lood. In dit geval ontstaan ​​isotopen van deze elementen in het proces, en niet zichzelf. Dus uranium-238, thorium-234, radium-230, radon-236 enzovoort, totdat het uiterlijk van een stabiel element is verkregen. De formule voor een dergelijke reactie is als volgt:

Th-234 -> Ra-230 -> Rn-226 -> Po-222 -> Pb-218

De snelheid van het vrijgekomen alfadeeltje op het moment van emissie is van 12 tot 20 duizend km / sec. Omdat het zich in een vacuüm bevindt, zou zo'n deeltje in 2 seconden de wereld rond vliegen en langs de evenaar bewegen.

Beta-verval

Het verschil tussen dit deeltje en het elektron zit in de plaatsuiterlijk. Beta-verval vindt plaats in de kern van een atoom, niet in de elektronenschil eromheen. Meestal gevonden bij alle bestaande radioactieve transformaties. Het kan worden waargenomen in bijna alle momenteel bestaande chemische elementen. Hieruit volgt dat elk element ten minste één vervalbare isotoop heeft. In de meeste gevallen als gevolg van bèta-verval beta minus ontbinding treedt op.

Reactie voortgang

Dit proces wordt uitgeworpende kern van een elektron, ontstaan ​​door de spontane transformatie van een neutron in een elektron en een proton. In dit geval blijven de protonen, vanwege de grotere massa, in de kern en verlaat het elektron, het beta-minus-deeltje genaamd, het atoom. En aangezien er meer protonen per één zijn, verandert de kern van het element zelf naar boven en bevindt zich rechts van het origineel in het periodiek systeem.

voorbeelden

Beta-verval met kalium-40 verandert het in een isotoopcalcium, dat zich aan de rechterkant bevindt. Het radioactieve calcium-47 wordt scandium-47, dat kan worden omgezet in stabiel titanium-47. Hoe ziet dit bèta-verval eruit? Formule:

Ca-47 -> Sc-47 -> Ti-47

De ontsnappingssnelheid van een bètadeeltje is 0,9 keer de lichtsnelheid, gelijk aan 270 duizend km / sec.

Er zijn niet veel bèta-actieve nucliden in de natuur.Er zijn nogal wat belangrijke. Een voorbeeld is kalium-40, dat in het natuurlijke mengsel slechts 119/10000 is. Ook natuurlijke bèta-minus-actieve radionucliden van de belangrijkste zijn de producten van alfa- en bèta-verval van uranium en thorium.

Beta-verval heeft een typisch voorbeeld:thorium-234, dat tijdens alfa-verval verandert in protactinium-234, en dan op dezelfde manier uranium wordt, maar zijn andere isotoop onder nummer 234. Dit uranium-234 wordt opnieuw thorium door alfa-verval, maar al een ander vriendelijk ... Dit thorium-230 wordt dan radium-226, dat in radon verandert. En in dezelfde volgorde, tot thallium, alleen met verschillende bèta-overgangen terug. Dit radioactieve bèta-verval eindigt met het verschijnen van stabiel lood-206. Deze transformatie heeft de volgende formule:

Th-234 -> Pa-234 -> U-234 -> Th-230 -> Ra-226 -> Rn-222 -> At-218 -> Po-214 -> Bi-210 -> Pb-206

Natuurlijke en belangrijke bèta-actieve radionucliden zijn K-40 en elementen van thallium tot uranium.

Decay Beta Plus

Er is ook een bèta plus-transformatie.Het wordt ook positron beta-verval genoemd. Het zendt een deeltje uit dat een positron wordt genoemd vanuit de kern. Het resultaat is de transformatie van het originele element naar het element aan de linkerkant, dat een lager nummer heeft.

voorbeeld

Wanneer elektronisch bèta-verval optreedt, wordt magnesium-23 een stabiele isotoop van natrium. Radioactief europium-150 wordt samarium-150.

De resulterende bèta-vervalreactie kan bèta + en bèta-emissies veroorzaken. De ontsnappingssnelheid van deeltjes is in beide gevallen 0,9 maal de lichtsnelheid.

Ander radioactief verval

Afgezien van reacties als alfa-verval en bèta-verval, waarvan de formule algemeen bekend is, zijn er andere, zeldzamere en karakteristieke processen voor kunstmatige radionucliden.

Neutronenverval​Neutraal deeltje 1 wordt uitgezondeneenheden van massa. Daarbij wordt de ene isotoop omgezet in een andere met een lager massagetal. Een voorbeeld hiervan is de omzetting van lithium-9 in lithium-8, helium-5 in helium-4.

Wanneer het wordt bestraald met gammaquanta van de stabiele isotoop jodium-127, wordt het isotoop 126 en wordt het radioactief.

Protonverval​Extreem zeldzaam. Daarbij wordt een proton uitgezonden met een lading van +1 en 1 massa-eenheid. Het atoomgewicht wordt een waarde minder.

Elke radioactieve transformatie, in het bijzonderradioactief verval, vergezeld van het vrijkomen van energie in de vorm van gammastraling. Het heet gamma-quanta. In sommige gevallen worden röntgenstralen met lagere energie waargenomen.

Gamma-verval. Het is een stroom gamma-quanta.Het is elektromagnetische straling, die ernstiger is dan röntgenstraling, die in de geneeskunde wordt gebruikt. Als gevolg hiervan verschijnen gamma-quanta of energiestromen vanuit de atoomkern. Röntgenstralen zijn ook elektromagnetisch, maar ze zijn afkomstig van de elektronenschillen van het atoom.

Alfadeeltjes rennen

Alfadeeltjes met een massa van 4 atomaire eenheden en een lading van +2 bewegen in een rechte lijn. Hierdoor kunnen we praten over het bereik van alfadeeltjes.

Het aantal kilometers is afhankelijk van de initiële energie envarieert van 3 tot 7 (soms 13) cm in de lucht. In een dichte omgeving is het een honderdste millimeter. Dergelijke straling kan niet door een vel papier en de menselijke huid dringen.

Vanwege zijn eigen massa en laadnummerhet alfadeeltje heeft het grootste ioniserende vermogen en vernietigt alles op zijn pad. In dit opzicht zijn alfa-radionucliden het gevaarlijkst voor mens en dier wanneer ze aan het lichaam worden blootgesteld.

Beta-deeltjespenetratie

Vanwege het kleine massagetal, dat in 1836keer kleiner dan een proton, met een negatieve lading en grootte, heeft bètastraling een zwak effect op de stof waardoor het vliegt, maar bovendien is de vlucht langer. Ook is het deeltjespad niet recht. In dit opzicht spreken ze van een doordringend vermogen, dat afhangt van de ontvangen energie.

Doordringende eigenschappen van gegenereerde bètadeeltjestijdens radioactief verval bereiken ze 2,3 m in lucht, in vloeistoffen, de telling in centimeters en in vaste stoffen - in fracties van een centimeter. Menselijke lichaamsweefsels zenden straling 1,2 cm diep uit. Als bescherming tegen bètastraling kan een enkel laagje water tot 10 cm dienen De flux van deeltjes met een voldoende hoge vervallenergie van 10 MeV wordt door dergelijke lagen vrijwel geheel geabsorbeerd: lucht - 4 m; aluminium - 2,2 cm; ijzer - 7,55 mm; lood - 5,2 mm.

Gezien hun kleine omvang hebben bètadeeltjes een laag ioniserend vermogen in vergelijking met alfadeeltjes. Als ze worden ingeslikt, zijn ze echter veel gevaarlijker dan bij uitwendige blootstelling.

De hoogste penetratiegraad van allemaalsoorten straling hebben momenteel neutronen en gamma. Het bereik van deze stralingen in de lucht bereikt soms tientallen en honderden meters, maar met lagere ioniserende indicatoren.

De meeste isotopen van gamma-quanta zijn dat nietmeer dan 1,3 MeV. Af en toe worden waarden van 6,7 MeV bereikt. In dit verband worden ter bescherming tegen dergelijke straling lagen staal, beton en lood gebruikt voor de verzwakkingsfactor.

Bijvoorbeeld om te vertienvoudigengammastraling van kobalt, loodbescherming met een dikte van ongeveer 5 cm is vereist, voor een 100-voudige demping is 9,5 cm vereist. betonbescherming zal 33 en 55 cm zijn en waterbescherming - 70 en 115 cm.

De ionisatieprestaties van neutronen zijn afhankelijk van hun energieprestaties.

In alle situaties is de beste beschermingsmethode tegen straling de maximale afstand tot de bron en zo min mogelijk tijd in het hoge stralingsgebied.

Splitsing van atoomkernen

Splitsing van atoomkernen betekent spontane, of onder invloed van neutronen, deling van een kern in twee ongeveer even grote delen.

Deze twee delen worden radioactieve isotopen van elementen uit het grootste deel van de tabel met chemische elementen. Ze beginnen van koper tot lanthaniden.

Tijdens de selectie een paar extraneutronen en er is een overmaat aan energie in de vorm van gamma-quanta, die veel groter is dan bij radioactief verval. Dus, met één handeling van radioactief verval, verschijnt één gamma-kwantum, en tijdens de splijtingshandeling verschijnt 8.10 gammakwanta. Ook hebben de verspreide fragmenten een grote kinetische energie, die in thermische indicatoren verandert.

De vrijgekomen neutronen kunnen de scheiding van een paar vergelijkbare kernen uitlokken als ze zich in de buurt bevinden en neutronen ze raken.

In dit opzicht is er een mogelijkheid van een vertakkende, versnellende kettingreactie van de scheiding van atoomkernen en het creëren van een grote hoeveelheid energie.

Wanneer zo'n kettingreactie ondergaatcontrole, dan kan het voor bepaalde doeleinden worden gebruikt. Bijvoorbeeld voor verwarming of elektriciteit. Dergelijke processen worden uitgevoerd in kerncentrales en reactoren.

Als je de controle over de reactie verliest, zal er een atoomexplosie plaatsvinden. Hetzelfde wordt gebruikt in kernwapens.

Onder natuurlijke omstandigheden is er maar één element - uranium, dat slechts één splijtbare isotoop heeft met het nummer 235. Het is van wapenkwaliteit.

In een gewone uranium-atoomreactor uituranium-238 vormt onder invloed van neutronen een nieuwe isotoop met nummer 239, en daaruit - plutonium, dat kunstmatig is en niet van nature voorkomt. In dit geval wordt het resulterende plutonium-239 gebruikt voor wapendoeleinden. Dit proces van splitsing van atoomkernen is de essentie van alle atoomwapens en energie.

Fenomenen zoals alfa-verval en bèta-verval,de formule die op school wordt bestudeerd, is in onze tijd wijdverbreid. Dankzij deze reacties zijn er kerncentrales en vele andere industrieën gebaseerd op kernfysica. Men mag echter de radioactiviteit van veel van deze elementen niet vergeten. Bij het werken met hen zijn speciale bescherming en het in acht nemen van alle veiligheidsmaatregelen vereist. Anders kan het tot een onherstelbare ramp leiden.