Alfa- og betastråling kalles vanligvisradioaktive forfall. Det er en prosess som involverer utslipp av subatomære partikler fra kjernen i en enorm hastighet. Som et resultat kan et atom eller dets isotop transformere fra et kjemisk element til et annet. Alfa- og beta -forfall av kjerner er karakteristiske for ustabile elementer. Disse inkluderer alle atomer med et ladningstall større enn 83 og et massetall større enn 209.
Reaksjonsbetingelser
Forfall som andre radioaktivetransformasjoner, er det naturlig og kunstig. Sistnevnte skjer på grunn av inntrengning av en fremmed partikkel i kjernen. Hvor mye alfa- og beta -forfall et atom kan gjennomgå, avhenger bare av hvor snart en stabil tilstand oppnås.
Under naturlige omstendigheter forekommer alfa og beta-minus forfall.
Under kunstige forhold er det nøytron, positron, proton og andre, mer sjeldne typer forfall og transformasjoner av kjerner.
Disse navnene ble gitt av Ernest Rutherford, som studerte radioaktiv stråling.
Forskjellen mellom stabil og ustabil kjerne
Forfallsevnen avhenger direkte avatomets tilstander. Den såkalte "stabile" eller ikke-radioaktive kjernen er karakteristisk for ikke-forfallne atomer. I teorien kan observasjon av slike elementer utføres på ubestemt tid for endelig å sikre stabilitet. Dette er nødvendig for å skille slike kjerner fra ustabile, som har en ekstremt lang halveringstid.
Ved en feil kan et slikt "bremset" atom forveksles med et stabilt. Tellur, og nærmere bestemt isotopen 128, som har en halveringstid på 2,2 1024 år gammel. Denne saken er ikke isolert. Lanthanum-138 har en halveringstid på 1011 år gammel. Denne perioden er tretti ganger alderen til det eksisterende universet.
Essensen av radioaktivt forfall
Denne prosessen er vilkårlig.Hvert forfallende radionuklid får en hastighet som er konstant i hvert tilfelle. Forfallshastigheten kan ikke endres under påvirkning av eksterne faktorer. Det spiller ingen rolle om en reaksjon vil forekomme 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 handling på det indre av atomkjernen, noe som er praktisk talt umulig. Reaksjonen er spontan og avhenger bare av atomet der den finner sted og dens indre tilstand.
Når radioaktivt forfall nevnes, er det ofteBegrepet "radionuklid" oppstår. De som ikke er kjent med det, bør vite at dette ordet betegner en gruppe atomer som har radioaktive egenskaper, sitt eget massenummer, atomnummer og energistatus.
Ulike radionuklider brukes i teknisk,vitenskapelige og andre områder av menneskelivet. For eksempel i medisin brukes disse elementene til å diagnostisere sykdommer, behandle medisiner, verktøy og andre ting. Det er til og med en rekke terapeutiske og prognostiske radiopreparater tilgjengelig.
Bestemmelsen av isotopen er ikke mindre viktig.Dette ordet refererer til en spesiell type atom. De har samme atomnummer som et normalt element, men et annet massetall. Denne forskjellen skyldes antall nøytroner, som ikke påvirker ladningen, som protoner og elektroner, men endrer masse. For eksempel har enkelt hydrogen hele 3. Dette er det eneste elementet hvis isotoper har fått navnet: deuterium, tritium (den eneste radioaktive) og protium. Ellers er navnene gitt i henhold til atommassene og hovedelementet.
Alpha forfall
Dette er en type radioaktiv reaksjon. Det er karakteristisk for naturlige elementer fra den sjette og syvende perioden i det periodiske systemet med kjemiske grunnstoffer. Spesielt for kunstige eller transuraniske elementer.
Elementer utsatt for alfa -forfall
Blant metallene som detteforfall, inkluderer thorium, uran og andre elementer i den sjette og syvende perioden fra det periodiske systemet med kjemiske elementer, regnet fra vismut. Isotoper fra antall tunge elementer blir også utsatt for prosessen.
Hva skjer under reaksjonen?
Med alfa -forfall begynner partikler å bli utsendt fra kjernen, bestående 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 vises et nytt element, somfant to celler til venstre for originalen i det periodiske systemet. Denne ordningen bestemmes av det faktum at det originale atomet har mistet 2 protoner og, sammen med dette, den opprinnelige ladningen. Som et resultat avtar massen til den resulterende isotopen med 4 masseenheter i forhold til utgangstilstanden.
eksempler
Under dette forfallet dannes thorium fra uran.Fra thorium kommer radium, fra det radon, som til slutt gir polonium, og til slutt bly. I dette tilfellet oppstår isotoper av disse elementene i prosessen, og ikke seg selv. Så vi får uran-238, thorium-234, radium-230, radon-236 og så videre, frem til fremveksten av et stabilt element. Formelen for en slik reaksjon er som følger:
Th-234-> Ra-230-> Rn-226-> Po-222-> Pb-218
Hastigheten til den frigitte alfapartikkelen i utslippstidspunktet er fra 12 til 20 tusen km / sek. Ved å være i et vakuum, ville en slik partikkel omgå kloden på 2 sekunder og bevege seg langs ekvator.
Beta forfall
Forskjellen mellom denne partikkelen og elektronet er på stedetutseende. Betaforfall forekommer i kjernen til et atom, og ikke i elektronskallet som omgir det. Oftest funnet fra alle eksisterende radioaktive transformasjoner. Det kan observeres i nesten alle eksisterende kjemiske elementer. Det følger av dette at hvert element har minst en forfallbar isotop. I de fleste tilfeller som et resultat av beta -forfall beta minus dekomponering oppstår.
Reaksjonsfremgang
Denne prosessen kastes ut frakjernen til et elektron, som oppsto på grunn av spontan transformasjon av et nøytron til et elektron og et proton. I dette tilfellet forblir protonene på grunn av deres større masse i kjernen, og elektronet, kalt beta-minuspartikkelen, forlater atomet. Og siden det er flere protoner av en, endrer kjernen til selve elementet seg oppover og ligger til høyre for originalen i det periodiske systemet.
eksempler
Betaforfall med kalium-40 omdanner det til en isotopkalsium, som ligger til høyre. Radioaktivt kalsium-47 blir til scandium-47, som kan omdannes til stabilt titan-47. Hvordan ser dette beta -forfallet ut? Formel:
Ca-47-> Sc-47-> Ti-47
Rømningshastigheten til en betapartikkel er 0,9 ganger lysets hastighet, lik 270 tusen km / sek.
Det er ikke for mange beta-aktive nuklider i naturen.Det er ganske mange viktige. Et eksempel er kalium-40, som bare er 119/10000 i den naturlige blandingen. Naturlige beta-minus-aktive radionuklider blant de viktige er også produktene av alfa- og beta-forfall av uran og thorium.
Beta forfall har et typisk eksempel:thorium-234, som under alfa-forfall blir til protactinium-234, og deretter på samme måte blir til uran, men dets andre isotop 234. Dette uran-234 blir igjen thorium på grunn av alfa-forfall, men allerede en annen type ... Dette thorium-230 blir deretter radium-226, som blir til radon. Og i samme sekvens, opp til thallium, bare med forskjellige betaoverganger 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-> Po-214-> Bi-210-> Pb-206
Naturlige og betydelige beta-aktive radionuklider er K-40 og elementer fra tallium til uran.
Decay Beta Plus
Det er også en beta pluss transformasjon.Det kalles også positron beta -forfall. Den avgir 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 elektronisk beta-forfall oppstår, blir magnesium-23 en stabil isotop av natrium. Radioaktivt europium-150 blir til samarium-150.
Den resulterende beta -henfall -reaksjonen kan skape beta + og beta -utslipp. Rømningshastigheten til partikler er i begge tilfeller 0,9 ganger lysets hastighet.
Andre radioaktive forfall
Bortsett fra reaksjoner som alfa -forfall og beta -forfall, hvis formel er kjent, er det andre, mer sjeldne og karakteristiske prosesser for kunstige radionuklider.
Nøytronforfall... Nøytral partikkel 1 sendes utmasseenheter. Under den blir en isotop konvertert til en annen med et lavere massetall. Et eksempel kan være konvertering av litium-9 til litium-8, helium-5 til helium-4.
Ved bestråling med gammakvanta for den stabile isotopen jod-127 blir den til isotop 126 og blir radioaktiv.
Proton forfall... Det er ekstremt sjeldent. Under den sendes det ut et proton, som har en ladning på +1 og 1 masseenhet. Atomvekten blir en mindre verdi.
Enhver radioaktiv transformasjon, spesieltradioaktive forfall, ledsaget av frigjøring av energi i form av gammastråling. Det kalles gamma quanta. I noen tilfeller observeres røntgenstråler med lavere energi.
Gamma forfall. Det er en strøm av gamma quanta.Det er elektromagnetisk stråling, som er mer alvorlig enn røntgenstråler, som brukes i medisin. Som et resultat dukker gamma quanta, eller energi strømmer fra atomkjernen. Røntgenstråler er også elektromagnetiske, men de oppstår fra atomets elektronskall.
Alpha -partikkelkjøring
Alfa -partikler 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.
Kilometertallet avhenger av initialenergien ogvarierer fra 3 til 7 (noen ganger 13) cm i luften. I et tett miljø er det en hundredels millimeter. Slik stråling kan ikke trenge gjennom et ark og menneskelig hud.
På grunn av sin egen masse- og ladningsnummeralfa -partikkelen har den største ioniserende evnen og ødelegger alt på veien. I denne forbindelse er alfa -radionuklider farligste for mennesker og dyr når de utsettes for kroppen.
Beta partikkel penetrasjon
På grunn av det lille massetallet, som i 1836ganger mindre enn et proton, negativ ladning og størrelse, har beta -stråling en svak effekt på stoffet den flyr gjennom, men dessuten er flyet lengre. Partikkelenes vei er heller ikke enkel. I denne forbindelse snakker de om en penetrerende evne, som avhenger av mottatt energi.
Gjennomtrengende evner til betapartikler som har oppståttunder radioaktivt forfall når de 2,3 m i luft, i væsker utføres tellingen i centimeter, og i faste stoffer - i brøkdeler av en centimeter. Vevene i menneskekroppen overfører stråling 1,2 cm dyp. Et enkelt lag med vann opp til 10 cm kan tjene som beskyttelse mot betastråling.Fluksen av partikler med en tilstrekkelig høy forfallsenergi på 10 MeV absorberes nesten helt av slike lag: luft - 4 m; aluminium - 2,2 cm; jern - 7,55 mm; bly - 5,2 mm.
Gitt sin lille størrelse har betapartikler en lav ioniseringskapasitet sammenlignet med alfapartikler. Ved inntak er de imidlertid mye farligere enn ved ekstern eksponering.
Høyeste penetrerende priser av alletyper stråling har for tiden nøytron og gamma. Rekkevidden til disse strålingene i luften når noen ganger titalls og hundrevis av meter, men med lavere ioniserende indekser.
De fleste isotoper av gammakvanta er ikke detoverskride indikatorer på 1,3 MeV. Noen ganger oppnås verdier på 6,7 MeV. For å beskytte mot slik stråling brukes lag av stål, betong og bly for dempningsfaktoren.
For eksempel å svekke seg ti gangergammastråling av kobolt, blybeskyttelse er nødvendig med en tykkelse på omtrent 5 cm, for en 100 ganger demping, vil det være nødvendig med 9,5 cm. Betongbeskyttelse vil være 33 og 55 cm, og vann - 70 og 115 cm.
Den ioniserende ytelsen til nøytroner avhenger av energiens ytelse.
I enhver situasjon vil den beste beskyttelsesmetoden mot stråling være maksimal avstand fra kilden og så kort tid som mulig i området med høy stråling.
Fisjon av atomkjerner
Fisjon av atomkjerner betyr spontan, eller under påvirkning av nøytroner, deling av kjernen i to deler, omtrent like store.
Disse to delene blir radioaktive isotoper av grunnstoffer fra hoveddelen av tabellen med kjemiske grunnstoffer. De starter fra kobber til lanthanider.
Under utvalget bryter det ut et par ekstra.nøytroner og det er et overskudd av energi i form av gammakvanta, som er mye større enn under radioaktivt forfall. Så, med en handling av radioaktivt forfall, vises en gammakvantum, og under fisjonakten vises 8,10 gammakvanta. De spredte fragmentene har også en stor kinetisk energi, som blir til termiske indikatorer.
De frigjorte nøytronene er i stand til å provosere separasjon av et par lignende kjerner, hvis de befinner seg i nærheten og nøytroner treffer dem.
I denne forbindelse oppstår sannsynligheten for en forgrenende, akselererende kjedereaksjon ved separasjon av atomkjerner og dannelse av en stor mengde energi.
Når en slik kjedereaksjon er underkontroll, så kan den brukes til visse formål. For eksempel for oppvarming eller strøm. Slike prosesser utføres i atomkraftverk og reaktorer.
Hvis du mister kontrollen over reaksjonen, vil det oppstå en atomeksplosjon. Lignende brukes i atomvåpen.
Under naturlige forhold er det bare ett element - uran, som bare har en splittet isotop med tallet 235. Det er våpenklassifisert.
I en vanlig uran atomreaktor frauran -238, under påvirkning av nøytroner, danner et nytt isotopnummer 239, og fra det - plutonium, som er kunstig og ikke forekommer naturlig. I dette tilfellet brukes det resulterende plutonium-239 til våpenformål. Denne kjernefysjonsprosessen er kjernen i alle atomvåpen og energi.
Fenomener som alfa-forfall og beta-forfallformelen som studeres på 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 det føre til en uopprettelig katastrofe.
