Alfa ir beta spinduliuotė paprastai vadinama radioaktyviuoju skilimu. Tai procesas, kuris yra subatominių dalelių išskyrimas iš branduolio, vykstantis milžinišku greičiu. Dėl to atomas arba jo izotopas gali keistis iš vieno cheminio elemento į kitą. Branduolių alfa ir beta skilimas būdingas nestabiliems elementams. Tai apima visus atomus, kurių krūvio skaičius didesnis nei 83, o masės skaičius didesnis nei 209.
Reakcijos sąlygos
Skilimas, kaip ir kiti radioaktyvūs virsmai, yra natūralus ir dirbtinis. Pastaroji atsiranda dėl kažkokios svetimos dalelės patekimo į branduolį. Kiek alfa ir beta skilimo atomas gali patirti, priklauso tik nuo to, kaip greitai pasiekiama stabili būsena.
Natūraliomis aplinkybėmis vyksta alfa ir beta atėmus skilimas.
Dirbtinėmis sąlygomis vyksta neutronai, pozitronai, protonai ir kiti retesni branduolių skilimo ir transformacijų tipai.
Šiuos vardus davė Ernestas Rutherfordas, tyrinėjęs radioaktyviąją spinduliuotę.
Skirtumas tarp stabilaus ir nestabilausbranduolys
Gebėjimas skilti tiesiogiai priklauso nuo atomo būsenos. Neirstantiems atomams būdingas vadinamasis „stabilus“arba neradioaktyvus branduolys. Teoriškai tokius elementus galima stebėti neribotą laiką, norint galutinai įsitikinti jų stabilumu. To reikia norint atskirti tokius branduolius nuo nestabilių, kurių pusinės eliminacijos laikas yra itin ilgas.
Per klaidą tokį „lėtą“atomą galima supainioti su stabiliu. Tačiau telūras, o konkrečiau, jo izotopas numeris 128, kurio pusinės eliminacijos laikas yra 2,2·1024 metų, gali būti ryškus pavyzdys. Šis atvejis nėra pavienis. Lantano-138 pusinės eliminacijos laikas yra 1011 metų. Šis laikotarpis yra trisdešimt kartų didesnis už esamos visatos amžių.
Radioaktyvaus skilimo esmė
Šis procesas vyksta atsitiktinai. Kiekvienas irimo radionuklidas įgyja pastovų kiekvienu atveju greitį. Skilimo greitis negali keistis veikiant išoriniams veiksniams. Nesvarbu, ar reakcija įvyks veikiant didžiulei gravitacinei jėgai, esant absoliučiam nuliui, elektriniame ir magnetiniame lauke, vykstant bet kokiai cheminei reakcijai ir pan. Procesui įtakos gali turėti tik tiesioginis poveikis atomo branduolio vidui, o tai praktiškai neįmanoma. Reakcija yra spontaniška ir priklauso tik nuo atomo, kuriame ji vyksta, ir nuo jo vidinės būsenos.
Kai kalbama apie radioaktyvųjį skilimą, dažnai vartojamas terminas „radionuklidas“. Tiems, kurių nėraJei esate susipažinę su juo, turėtumėte žinoti, kad šis žodis reiškia atomų grupę, kuri turi radioaktyviųjų savybių, savo masės skaičių, atominį skaičių ir energijos būseną.
Įvairūs radionuklidai naudojami technikos, mokslo ir kitose žmogaus gyvenimo srityse. Pavyzdžiui, medicinoje šie elementai naudojami diagnozuojant ligas, apdorojant vaistus, įrankius ir kitus daiktus. Yra net keletas terapinių ir prognozinių radijo vaistų.
Ne mažiau svarbus yra izotopo apibrėžimas. Šis žodis reiškia ypatingą atomų rūšį. Jie turi tą patį atominį skaičių kaip ir paprastas elementas, tačiau skiriasi masės skaičius. Šį skirtumą lemia neutronų skaičius, kurie neturi įtakos krūviui, kaip protonai ir elektronai, bet keičia jų masę. Pavyzdžiui, paprastasis vandenilis jų turi net 3. Tai vienintelis elementas, kurio izotopams buvo suteikti pavadinimai: deuteris, tritis (vienintelis radioaktyvus) ir protis. Kitais atvejais pavadinimai pateikiami pagal atomų mases ir pagrindinį elementą.
Alfa skilimas
Tai savotiška radioaktyvi reakcija. Tai būdinga gamtiniams elementams iš šeštojo ir septinto periodinės cheminių elementų lentelės periodų. Ypač dirbtiniams arba transurano elementams.
Elementai, kuriems taikomas alfa skilimas
Metalų, kuriems būdingas šis skilimas, skaičius apima torą, uraną ir kitus šeštojo ir septinto periodų elementus iš periodinės cheminių elementų lentelės, skaičiuojant nuo bismuto. Procese taip pat atsiranda izotopų iš sunkiųjųelementai.
Kas nutinka reakcijos metu?
Prasidėjus alfa skilimui, iš branduolio išsiskiria dalelės, susidedančios iš 2 protonų ir neutronų poros. Pati skleidžiama dalelė yra helio atomo branduolys, kurio masė 4 vienetai ir krūvis +2.
Todėl atsiranda naujas elementas, esantis dviem langeliais į kairę nuo originalo periodinėje lentelėje. Tokį išsidėstymą lemia tai, kad pradinis atomas prarado 2 protonus ir kartu su juo – pradinį krūvį. Dėl to gauto izotopo masė, palyginti su pradine būsena, sumažėja 4 masės vienetais.
Pavyzdžiai
Šio skilimo metu iš urano susidaro toris. Iš torio atsiranda radis, iš jo – radonas, kuris ilgainiui suteikia polonį ir galiausiai švinas. Šio proceso metu susidaro šių elementų izotopai, o ne jie patys. Taigi paaiškėja, kad uranas-238, toris-234, radis-230, radonas-236 ir pan., Kol pasirodys stabilus elementas. Tokios reakcijos formulė yra tokia:
Th-234 -> Ra-230 -> Rn-226 -> Po-222 -> Pb-218
Pasirinktos alfa dalelės greitis emisijos momentu yra nuo 12 iki 20 tūkst. km/sek. Būdama vakuume, tokia dalelė aplink Žemės rutulį apskris per 2 sekundes, judėdama išilgai pusiaujo.
Beta Decay
Šios dalelės ir elektrono skirtumas yra atsiradimo vietoje. Beta skilimas vyksta atomo branduolyje, o ne jį supančiame elektronų apvalkale. Labiausiai paplitusi iš visų esamų radioaktyviųjų transformacijų. Tai galima pastebėti beveik visose šiuo metu egzistuojančiosecheminiai elementai. Iš to išplaukia, kad kiekvienas elementas turi bent vieną izotopą, kuris gali skilti. Daugeliu atvejų beta skilimas sukelia beta minuso skilimą.
Reakcijos srautas
Šio proceso metu iš branduolio išstumiamas elektronas, kuris atsirado dėl spontaniško neutrono virsmo elektronu ir protonu. Šiuo atveju dėl didesnės masės branduolyje lieka protonai, o elektronas, vadinamas beta minusine dalele, palieka atomą. Ir kadangi vienete yra daugiau protonų, pats elemento branduolys keičiasi aukštyn ir yra periodinėje lentelėje originalo dešinėje.
Pavyzdžiai
Beta skilimas su kaliu-40 paverčia jį kalcio izotopu, kuris yra dešinėje. Radioaktyvusis kalcis-47 tampa skandžiu-47, kuris gali virsti stabiliu titanu-47. Kaip atrodo šis beta skilimas? Formulė:
Ca-47 -> Sc-47 -> Ti-47
Beta dalelės greitis yra 0,9 karto didesnis už šviesos greitį, ty 270 000 km/sek.
Gamtoje nėra per daug beta aktyvių nuklidų. Reikšmingų yra labai mažai. Pavyzdys yra kalis-40, kurio natūraliame mišinyje yra tik 119/10 000. Be to, tarp reikšmingų natūralių beta minus aktyvių radionuklidų yra urano ir torio alfa ir beta skilimo produktai.
Beta skilimas turi tipišką pavyzdį: toris-234, kuris alfa skilimo metu virsta protaktininiu-234, o tada tokiu pat būdu tampa uranu, bet jo kito izotopo numeris 234. Šis uranas-234 vėlgi dėl alfa. irimas tampatoris, bet jau kitokia jo atmaina. Tada šis toris-230 tampa radžiu-226, kuris virsta radonu. Ir ta pačia seka, iki talio, tik su skirtingais beta perėjimais atgal. Šis radioaktyvus beta skilimas baigiasi stabilaus švino-206 susidarymu. Šios transformacijos formulė yra tokia:
Th-234 -> Pa-234 -> U-234 -> Th-230 -> Ra-226 -> Rn-222 -> At-2433452 At-2433452 At-2433452 At-2433452 At-2033452 At-203452 At-218 -26-34-34-31-64 Pb-206
Natūralūs ir reikšmingi beta aktyvūs radionuklidai yra K-40 ir elementai nuo talio iki urano.
Beta-plus irimas
Taip pat yra beta plius transformacija. Jis taip pat vadinamas pozitronų beta skilimu. Jis iš branduolio išskiria dalelę, vadinamą pozitronu. Rezultatas – pradinis elementas paverčiamas kairėje esančiu elementu, kurio skaičius mažesnis.
Pavyzdys
Kai vyksta elektronų beta skilimas, magnis-23 tampa stabiliu natrio izotopu. Radioaktyvusis europis-150 tampa samarium-150.
Dėl beta skilimo reakcijos gali atsirasti beta+ ir beta emisijų. Abiem atvejais dalelių pabėgimo greitis yra 0,9 karto didesnis už šviesos greitį.
Kiti radioaktyvūs skilimai
Be tokių reakcijų, kaip alfa skilimas ir beta skilimas, kurių formulė plačiai žinoma, yra ir kitų procesų, kurie retesni ir labiau būdingi dirbtiniams radionuklidams.
Neutronų skilimas. Išmeta neutrali 1 vieneto dalelėmasės. Jo metu vienas izotopas virsta kitu, kurio masės skaičius mažesnis. Pavyzdys galėtų būti ličio-9 pavertimas ličiu-8, helio-5 pavertimas heliu-4.
Kai stabilus jodo-127 izotopas apšvitinamas gama spinduliais, jis tampa 126 izotopu ir įgauna radioaktyvumo.
Protonų skilimas. Tai itin reta. Jo metu išsiskiria protonas, kurio krūvis +1 ir 1 masės vienetas. Atominis svoris sumažėja viena reikšme.
Bet kokią radioaktyviąją transformaciją, ypač radioaktyvų skilimą, lydi energijos išsiskyrimas gama spinduliuotės pavidalu. Jie tai vadina gama spinduliais. Kai kuriais atvejais stebimi mažesnės energijos rentgeno spinduliai.
Gama skilimas. Tai gama kvantų srautas. Tai elektromagnetinė spinduliuotė, kietesnė už rentgeno spinduliuotę, naudojama medicinoje. Dėl to atsiranda gama kvantai arba energija teka iš atomo branduolio. Rentgeno spinduliai taip pat yra elektromagnetiniai, bet kyla iš atomo elektronų apvalkalo.
Alfa dalelės veikia
Alfa dalelės, kurių masė yra 4 atominiai vienetai, o krūvis +2, juda tiesia linija. Dėl to galime kalbėti apie alfa dalelių diapazoną.
Bėgimo vertė priklauso nuo pradinės energijos ir svyruoja nuo 3 iki 7 (kartais 13) cm ore. Tankioje terpėje jis yra šimtoji milimetro dalis. Tokia spinduliuotė negali prasiskverbti per lapąpopierius ir žmogaus oda.
Dėl savo masės ir krūvio skaičiaus alfa dalelė turi didžiausią jonizuojančią galią ir sunaikina viską, kas yra jos kelyje. Šiuo atžvilgiu alfa radionuklidai yra pavojingiausi žmonėms ir gyvūnams, kai jie patenka į kūną.
Beta dalelių įsiskverbimas
Dėl mažo masės skaičiaus, kuris yra 1836 kartus mažesnis už protoną, neigiamo krūvio ir dydžio, beta spinduliuotė silpnai veikia medžiagą, per kurią ji skrenda, bet be to, skrydis ilgesnis. Taip pat dalelės kelias nėra tiesus. Šiuo atžvilgiu jie kalba apie prasiskverbimo gebėjimą, kuris priklauso nuo gaunamos energijos.
Radioaktyvaus skilimo metu susidarančių beta dalelių prasiskverbimo galia siekia 2,3 m ore, skysčiuose ji skaičiuojama centimetrais, o kietose medžiagose – centimetro dalimis. Žmogaus kūno audiniai perduoda 1,2 cm gylio spinduliuotę. Apsaugai nuo beta spinduliuotės gali pasitarnauti paprastas vandens sluoksnis iki 10 cm Dalelių srautas su pakankamai didele 10 MeV skilimo energija beveik visiškai sugeriamas tokių sluoksnių: oras - 4 m; aliuminis - 2,2 cm; geležis - 7,55 mm; švinas – 5,2 mm.
Atsižvelgiant į jų mažą dydį, beta spinduliuotės dalelės turi mažą jonizuojantį pajėgumą, palyginti su alfa dalelėmis. Tačiau nurijus jie yra daug pavojingesni nei išorinio poveikio metu.
Neutronai ir gama šiuo metu turi didžiausią skvarbumą tarp visų tipų spinduliuotės. Šios spinduliuotės diapazonas ore kartais siekia dešimtis ir šimtusmetrų, bet mažesnis jonizuojantis efektyvumas.
Daugelio gama spindulių izotopų energija neviršija 1,3 MeV. Retai pasiekiamos 6,7 MeV vertės. Šiuo atžvilgiu, siekiant apsaugoti nuo tokios spinduliuotės, slopinimo koeficientui naudojami plieno, betono ir švino sluoksniai.
Pavyzdžiui, norint dešimteriopai susilpninti kob alto gama spinduliuotę, reikia apie 5 cm storio švino ekrano, 100 kartų slopinimui reikia 9,5 cm. Betono ekranavimas bus 33 ir 55 cm, o vandens - 70 ir 115 cm.
Neutronų jonizuojančiosios savybės priklauso nuo jų energetinio naudingumo.
Bet kokioje situacijoje geriausias būdas apsisaugoti nuo radiacijos yra būti kuo toliau nuo š altinio ir kuo mažiau laiko praleisti didelės spinduliuotės zonoje.
Atominių branduolių dalijimasis
Atomų branduolių dalijimosi metu reiškia spontanišką arba neutronų įtaką branduolio dalijimasis į dvi dalis, maždaug vienodo dydžio.
Šios dvi dalys tampa radioaktyviais elementų izotopais iš pagrindinės cheminių elementų lentelės dalies. Nuo vario iki lantanidų.
Išleidimo metu išeina pora papildomų neutronų ir susidaro energijos perteklius gama kvantų pavidalu, kuris yra daug didesnis nei radioaktyvaus skilimo metu. Taigi viename radioaktyvaus skilimo akte atsiranda vienas gama kvantas, o dalijimosi metu – 8, 10 gama kvantų. Be to, išsibarstę fragmentai turi didelę kinetinę energiją, kuri virsta šiluminiais rodikliais.
Išsiskyrę neutronai gali išprovokuoti panašių branduolių poros atsiskyrimą, jei jie yra netoliese ir neutronai į juos patenka.
Tai padidina išsišakojusios, greitėjančios grandininės reakcijos, kai suskaidomi atomo branduoliai ir sukuria daug energijos, galimybę.
Kai tokia grandininė reakcija yra kontroliuojama, ji gali būti naudojama tam tikriems tikslams. Pavyzdžiui, šildymui ar elektrai. Tokie procesai vykdomi atominėse elektrinėse ir reaktoriuose.
Jei nekontroliuosite reakcijos, įvyks atominis sprogimas. Panašiai naudojami branduoliniuose ginkluose.
Natūraliomis sąlygomis yra tik vienas elementas – uranas, kuris turi tik vieną skiliųjų izotopą, kurio skaičius yra 235. Jis yra ginklo klasės.
Paprastame urano atominiame reaktoriuje iš urano-238, veikiami neutronų, jie sudaro naują izotopą numeriu 239, o iš jo - plutonį, kuris yra dirbtinis ir natūraliai neatsiranda. Tokiu atveju gautas plutonis-239 naudojamas ginklams. Šis atomų branduolių dalijimosi procesas yra visų atominių ginklų ir energijos esmė.
Mūsų laikais plačiai paplitę tokie reiškiniai kaip alfa irimas ir beta skilimas, kurių formulė tiriama mokykloje. Dėl šių reakcijų yra atominės elektrinės ir daugelis kitų pramonės šakų, pagrįstų branduoline fizika. Tačiau nepamirškite apie daugelio šių elementų radioaktyvumą. Dirbant su jais būtina speciali apsauga ir visų atsargumo priemonių laikymasis. Priešingu atveju tai gali sukeltinepataisoma nelaimė.
