Алфа и бета радиацията обикновено се наричат радиоактивни разпада. Това е процес, който представлява емисия на субатомни частици от ядрото, протичаща с огромна скорост. В резултат на това атомът или неговият изотоп могат да се променят от един химичен елемент в друг. Алфа и бета разпадите на ядрата са характерни за нестабилните елементи. Те включват всички атоми с зарядно число по-голямо от 83 и масово число по-голямо от 209.
Условия на реакция
Разлагането, подобно на други радиоактивни трансформации, е естествено и изкуствено. Последното възниква поради навлизането на някаква чужда частица в ядрото. Колко алфа и бета разпад може да претърпи атом зависи само от това колко скоро ще бъде постигнато стабилно състояние.
При естествени обстоятелства възникват алфа и бета минус разпад.
При изкуствени условия има неутронни, позитронни, протонни и други, по-редки видове разпад и трансформации на ядрата.
Тези имена са дадени от Ърнест Ръдърфорд, който изучава радиоактивното излъчване.
Разликата между стабилно и нестабилноядро
Способността за разпадане зависи пряко от състоянието на атома. Така нареченото "стабилно" или нерадиоактивно ядро е характерно за неразпадащите се атоми. На теория такива елементи могат да се наблюдават безкрайно, за да се убедим окончателно в тяхната стабилност. Това е необходимо, за да се отделят такива ядра от нестабилни, които имат изключително дълъг полуживот.
По грешка такъв "бавен" атом може да бъде объркан със стабилен. Въпреки това, телурът и по-конкретно неговият изотоп номер 128, който има период на полуразпад от 2,2·1024 години, може да бъде поразителен пример. Този случай не е изолиран. Лантан-138 има период на полуразпад от 1011 години. Този период е тридесет пъти по-голям от възрастта на съществуващата вселена.
Същността на радиоактивния разпад
Този процес се случва на случаен принцип. Всеки разпадащ се радионуклид придобива скорост, която е постоянна за всеки отделен случай. Скоростта на разпадане не може да се промени под въздействието на външни фактори. Няма значение дали дадена реакция ще се случи под въздействието на огромна гравитационна сила, при абсолютна нула, в електрическо и магнитно поле, по време на някаква химическа реакция и т.н. Процесът може да бъде повлиян само чрез пряко въздействие върху вътрешността на атомното ядро, което е практически невъзможно. Реакцията е спонтанна и зависи само от атома, в който протича и неговото вътрешно състояние.
Когато се говори за радиоактивни разпада, често се използва терминът "радионуклид". За тези, които не сазапознат с него, трябва да знаете, че тази дума обозначава група от атоми, които имат радиоактивни свойства, собствен масов номер, атомен номер и енергиен статус.
Различни радионуклиди се използват в технически, научни и други области на човешкия живот. Например в медицината тези елементи се използват при диагностициране на заболявания, обработка на лекарства, инструменти и други предмети. Има дори редица терапевтични и прогностични радиолекарства.
Не по-малко важно е дефиницията на изотопа. Тази дума се отнася до специален вид атоми. Те имат същия атомен номер като обикновен елемент, но различно масово число. Тази разлика е причинена от броя на неутроните, които не влияят на заряда, като протоните и електроните, но променят масата си. Например простият водород ги има цели 3. Това е единственият елемент, чиито изотопи са получили имена: деутерий, тритий (единствен радиоактивен) и протий. В други случаи имената се дават според атомните маси и основния елемент.
Алфа разпад
Това е вид радиоактивна реакция. Характерно е за природните елементи от шестия и седмия период на периодичната таблица на химичните елементи. Специално за изкуствени или трансуранови елементи.
Елементи, подложени на алфа разпад
Броят на металите, които се характеризират с този разпад, включва торий, уран и други елементи от шестия и седмия период от периодичната таблица на химичните елементи, като се брои от бисмута. Процесът също претърпява изотопи от сред тежкитеартикули.
Какво се случва по време на реакция?
Когато започва алфа-разпад, излъчването от ядрото на частици, състоящи се от 2 протона и двойка неутрони. Самата излъчена частица е ядрото на хелиев атом, с маса 4 единици и заряд от +2.
В резултат на това се появява нов елемент, който се намира две клетки вляво от оригинала в периодичната таблица. Това подреждане се определя от факта, че първоначалният атом е загубил 2 протона и заедно с него - първоначалния заряд. В резултат на това масата на получения изотоп се намалява с 4 масови единици в сравнение с първоначалното състояние.
Примери
По време на този разпад торият се образува от уран. От тория идва радий, от него идва радон, който в крайна сметка дава полоний и накрая олово. В този процес се образуват изотопи на тези елементи, а не те самите. Така се оказва, че уран-238, торий-234, радий-230, радон-236 и така нататък, до появата на стабилен елемент. Формулата за такава реакция е следната:
Th-234 -> Ra-230 -> Rn-226 -> Po-222 -> Pb-218
Скоростта на избраната алфа частица в момента на излъчване е от 12 до 20 хиляди км/сек. Намирайки се във вакуум, такава частица би обиколила земното кълбо за 2 секунди, движейки се по екватора.
Beta Decay
Разликата между тази частица и електрона е в мястото на появата. Бета-разпадът се случва в ядрото на атома, а не в електронната обвивка, която го заобикаля. Най-често срещаната от всички съществуващи радиоактивни трансформации. Може да се наблюдава в почти всички съществуващи в моментахимични елементи. От това следва, че всеки елемент има поне един изотоп, подложен на разпад. В повечето случаи бета-разпадът води до бета-минус разпад.
Реакционен поток
В този процес от ядрото се изхвърля електрон, който е възникнал поради спонтанната трансформация на неутрон в електрон и протон. В този случай поради по-голямата маса протоните остават в ядрото, а електронът, наречен бета минус частица, напуска атома. И тъй като има повече протони на единица, ядрото на самия елемент се променя нагоре и се намира вдясно от оригинала в периодичната таблица.
Примери
Разпадането на бета с калий-40 го превръща в калциев изотоп, който се намира вдясно. Радиоактивният калций-47 се превръща в скандий-47, който може да се превърне в стабилен титан-47. Как изглежда този бета разпад? Формула:
Ca-47 -> Sc-47 -> Ti-47
Скоростта на бета частица е 0,9 пъти скоростта на светлината, което е 270 000 km/sec.
В природата няма твърде много бета-активни нуклиди. Има много малко значими. Пример за това е калий-40, който е само 119/10 000 в естествена смес. Също така, сред значимите естествени бета-минус активни радионуклиди са алфа и бета продуктите от разпада на урана и тория.
Бета разпад има типичен пример: торий-234, който при алфа разпад се превръща в протактиний-234 и след това по същия начин става уран, но другият му изотоп номер 234. Този уран-234 отново се дължи на алфа разпад ставаторий, но вече различна негова разновидност. Този торий-230 след това се превръща в радий-226, който се превръща в радон. И в същата последователност, до талий, само с различни бета преходи назад. Този радиоактивен бета разпад завършва с образуването на стабилен олово-206. Тази трансформация има следната формула:
Th-234 -> Pa-234 -> U-234 -> Th-230 -> Ra-226 -> Rn-222 -> At-218 -> At-218 -264 Bi-643-643-643 Pb-206
Естествени и значими бета-активни радионуклиди са K-40 и елементи от талий до уран.
бета-плюс разпадане
Има и бета плюс трансформация. Нарича се още позитрон бета разпад. Той излъчва частица, наречена позитрон от ядрото. Резултатът е трансформацията на оригиналния елемент в този отляво, който има по-нисък номер.
Пример
Когато настъпи бета-разпад на електрон, магнезий-23 се превръща в стабилен изотоп на натрия. Радиоактивният европий-150 става самарий-150.
Резултантната реакция на бета разпад може да създаде бета+ и бета- емисии. Скоростта на излизане на частиците и в двата случая е 0,9 пъти скоростта на светлината.
Други радиоактивни разпада
В допълнение към реакциите като алфа разпад и бета разпад, чиято формула е широко известна, има и други процеси, които са по-редки и по-характерни за изкуствените радионуклиди.
Неутронен разпад. Излъчва се неутрална частица от 1 единицамаси. По време на него един изотоп се превръща в друг с по-малко масово число. Пример би било превръщането на литий-9 в литий-8, хелий-5 в хелий-4.
Когато стабилен изотоп на йод-127 се облъчи с гама лъчи, той става изотоп номер 126 и придобива радиоактивност.
Протонен разпад. Среща се изключително рядко. По време на него се излъчва протон, който има заряд от +1 и 1 единица маса. Атомното тегло намалява с една стойност.
Всяка радиоактивна трансформация, по-специално радиоактивни разпада, се придружава от освобождаване на енергия под формата на гама-лъчение. Наричат го гама лъчи. В някои случаи се наблюдават рентгенови лъчи с по-ниска енергия.
Гама разпад. Това е поток от гама кванти. Това е електромагнитно излъчване, по-трудно от рентгеновото, което се използва в медицината. В резултат на това се появяват гама кванти или енергията тече от атомното ядро. Рентгеновите лъчи също са електромагнитни, но произхождат от електронните обвивки на атома.
Алфа частиците работят
Алфа частиците с маса 4 атомни единици и заряд +2 се движат по права линия. Поради това можем да говорим за обхвата на алфа частиците.
Стойността на бягането зависи от първоначалната енергия и варира от 3 до 7 (понякога 13) см във въздуха. В плътна среда е една стотна от милиметъра. Такова излъчване не може да проникне през листахартия и човешка кожа.
Поради собствената си маса и зарядно число, алфа-частицата има най-високата йонизираща сила и унищожава всичко по пътя си. В това отношение алфа радионуклидите са най-опасни за хората и животните, когато са изложени на тялото.
Проникване на бета частици
Поради малкото масово число, което е 1836 пъти по-малко от протон, отрицателен заряд и размер, бета-лъчението има слаб ефект върху веществото, през което лети, но освен това полетът е по-дълъг. Също така пътят на частицата не е прав. В тази връзка те говорят за проникваща способност, която зависи от получената енергия.
Проникващата сила на бета-частиците, получени при радиоактивен разпад, достига 2,3 m във въздуха, в течности се брои в сантиметри, а в твърди тела - в части от сантиметър. Тъканите на човешкото тяло пропускат радиация на дълбочина 1,2 см. За защита от бета-лъчението може да служи обикновен слой вода до 10 см. Потокът от частици с достатъчно висока енергия на разпад от 10 MeV почти напълно се абсорбира от такива слоеве: въздух - 4 m; алуминий - 2,2 см; желязо - 7,55 мм; олово - 5, 2 мм.
Като се има предвид малкият им размер, частиците на бета-лъчението имат нисък йонизиращ капацитет в сравнение с алфа-частиците. При поглъщане обаче те са много по-опасни, отколкото при външно излагане.
Неутронът и гамата в момента имат най-високата проникваща ефективност сред всички видове радиация. Обхватът на тези излъчвания във въздуха понякога достига десетки и стотициметра, но с по-ниска йонизираща ефективност.
Повечето изотопи на гама лъчите не надвишават 1,3 MeV в енергия. Рядко се достигат стойности от 6,7 MeV. В тази връзка, за защита от такова излъчване се използват слоеве от стомана, бетон и олово за коефициента на затихване.
Например, за да се намали десетократно кобалтовото гама-лъчение, е необходима оловна екранировка с дебелина около 5 см, за 100-кратно затихване е необходимо 9,5 см. Бетонната екранировка ще бъде 33 и 55 см, а водата - 70 и 115 см.
Йонизиращата ефективност на неутроните зависи от тяхната енергийна ефективност.
Във всяка ситуация най-добрият начин да се предпазите от радиация е да стоите възможно най-далеч от източника и да прекарвате възможно най-малко време в зоната с висока радиация.
Деление на атомни ядра
Под делене на ядрата на атомите се има предвид спонтанно, или под въздействието на неутрони, разделянето на ядрото на две части, приблизително равни по размер.
Тези две части стават радиоактивни изотопи на елементи от основната част на таблицата на химичните елементи. Започвайки от мед до лантаноиди.
По време на освобождаването, няколко допълнителни неутрона излизат и има излишък от енергия под формата на гама кванти, който е много по-голям, отколкото при радиоактивен разпад. И така, при един акт на радиоактивен разпад се появява един гама кванта, а по време на акта на делене се появяват 8, 10 гама кванта. Също така, разпръснатите фрагменти имат голяма кинетична енергия, която се превръща в термични индикатори.
Освободените неутрони са способни да провокират отделянето на двойка подобни ядра, ако се намират наблизо и неутроните ги ударят.
Това повишава възможността за разклоняване, ускоряване на верижната реакция на разделяне на атомните ядра и създаване на голямо количество енергия.
Когато такава верижна реакция е под контрол, тя може да се използва за определени цели. Например за отопление или електричество. Такива процеси се извършват в атомни електроцентрали и реактори.
Ако загубите контрол над реакцията, ще се случи атомна експлозия. Подобно се използва в ядрените оръжия.
В естествени условия има само един елемент - уран, който има само един делящ се изотоп с числото 235. Той е оръжеен.
В обикновен уранов атомен реактор от уран-238 под въздействието на неутрони те образуват нов изотоп с номер 239, а от него - плутоний, който е изкуствен и не се среща естествено. В този случай полученият плутоний-239 се използва за оръжейни цели. Този процес на делене на атомни ядра е същността на всички атомни оръжия и енергия.
Явления като алфа-разпад и бета-разпад, чиято формула се изучава в училище, са широко разпространени в наше време. Благодарение на тези реакции има атомни електроцентрали и много други индустрии, базирани на ядрената физика. Не забравяйте обаче за радиоактивността на много от тези елементи. При работа с тях се изисква специална защита и спазване на всички предпазни мерки. В противен случай това може да доведе донепоправимо бедствие.
