Alfa i beta zračenje se općenito naziva radioaktivnim raspadom. Ovo je proces koji predstavlja emisiju subatomskih čestica iz jezgra, koji se odvija ogromnom brzinom. Kao rezultat toga, atom ili njegov izotop mogu se mijenjati iz jednog kemijskog elementa u drugi. Alfa i beta raspad jezgara karakterističan je za nestabilne elemente. Ovo uključuje sve atome sa brojem naelektrisanja većim od 83 i masenim brojem većim od 209.
Uvjeti reakcije
Razgradnja, kao i druge radioaktivne transformacije, je prirodna i vještačka. Ovo posljednje nastaje zbog ulaska neke strane čestice u jezgro. Koliko alfa i beta raspada atom može da prođe zavisi samo od toga koliko brzo će se postići stabilno stanje.
U prirodnim okolnostima dolazi do alfa i beta minus raspada.
U veštačkim uslovima prisutni su neutroni, pozitron, proton i drugi, ređi tipovi raspada i transformacija jezgara.
Ova imena je dao Ernest Rutherford, koji je proučavao radioaktivno zračenje.
Razlika između stabilnog i nestabilnogjezgro
Sposobnost raspada direktno zavisi od stanja atoma. Takozvano "stabilno" ili neradioaktivno jezgro je karakteristično za atome koji se ne raspadaju. U teoriji, takvi elementi se mogu posmatrati beskonačno da bi se konačno uverili u njihovu stabilnost. Ovo je potrebno kako bi se takva jezgra odvojila od nestabilnih, koja imaju izuzetno dug poluživot.
Greškom se takav "spori" atom može zamijeniti sa stabilnim. Međutim, telurij, a preciznije, njegov izotop broj 128, koji ima poluživot od 2,2·1024 godina, može biti upečatljiv primjer. Ovaj slučaj nije izolovan. Lantan-138 ima poluživot od 1011 godina. Ovaj period je trideset puta stariji od postojećeg univerzuma.
Suština radioaktivnog raspada
Ovaj proces se dešava nasumično. Svaki raspadni radionuklid dobija stopu koja je konstantna za svaki slučaj. Brzina propadanja se ne može promijeniti pod utjecajem vanjskih faktora. Nije bitno da li će se reakcija dogoditi pod uticajem ogromne gravitacione sile, na apsolutnoj nuli, u električnom i magnetskom polju, tokom bilo koje hemijske reakcije, itd. Na proces se može uticati samo direktnim uticajem na unutrašnjost atomskog jezgra, što je praktično nemoguće. Reakcija je spontana i zavisi samo od atoma u kojem se odvija i njegovog unutrašnjeg stanja.
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 grupu atoma koji imaju radioaktivna svojstva, svoj maseni broj, atomski broj i energetski status.
Različiti radionuklidi se koriste u tehničkim, naučnim i drugim oblastima ljudskog života. Na primjer, u medicini se ovi elementi koriste u dijagnostici bolesti, preradi lijekova, alata i drugih predmeta. Postoje čak i brojni terapeutski i prognostički radio lijekovi.
Ništa manje važna je definicija izotopa. Ova riječ se odnosi 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. Na primjer, prosti vodonik ih ima čak 3. Ovo je jedini element čiji su izotopi dobili imena: deuterijum, tricijum (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 perioda periodnog sistema hemijskih elemenata. Posebno za umjetne ili transuranske elemente.
Elementi podložni alfa raspadu
Broj metala koji karakteriše ovaj raspad uključuje torijum, uranijum i druge elemente šestog i sedmog perioda iz periodnog sistema hemijskih elemenata, računajući od bizmuta. Proces također prolazi kroz izotopi među teškimstavke.
Šta se dešava tokom reakcije?
Kada počne alfa raspad, emisija iz jezgra čestica koje se sastoje od 2 protona i par neutrona. Sama emitovana čestica je jezgro atoma helijuma, sa masom od 4 jedinice i nabojem od +2.
Kao rezultat, pojavljuje se novi element, koji se nalazi dvije ćelije lijevo od originala u periodnom sistemu. Ovaj raspored je određen činjenicom da je originalni atom izgubio 2 protona i zajedno s njim - početni naboj. Kao rezultat toga, masa rezultirajućeg izotopa je smanjena za 4 jedinice mase u odnosu na početno stanje.
Primjeri
Tokom ovog raspada, torijum se formira iz uranijuma. Od torijuma nastaje radijum, iz njega dolazi radon, koji na kraju daje polonijum, a na kraju i olovo. U tom procesu nastaju izotopi ovih elemenata, a ne oni sami. Dakle, ispada uranijum-238, torijum-234, radijum-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 hiljada km/sec. 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 dešava u jezgru atoma, a ne u elektronskoj ljusci koja ga okružuje. Najčešća od svih postojećih radioaktivnih transformacija. Može se uočiti u gotovo svim trenutno postojećimhemijski elementi. Iz ovoga slijedi da svaki element ima barem jedan izotop koji je podložan raspadu. U većini slučajeva, beta raspad rezultira beta-minus raspadom.
Protok reakcije
U ovom procesu, iz jezgra se izbacuje elektron, koji je nastao spontanom transformacijom neutrona u elektron i proton. U tom slučaju, zbog veće mase, protoni ostaju u jezgru, a elektron, nazvan beta minus čestica, napušta atom. A pošto ima više protona po jedinici, jezgro samog elementa se menja prema gore i nalazi se desno od originala u periodnom sistemu.
Primjeri
Raspad beta sa kalijum-40 pretvara ga u izotop kalcijuma, koji se nalazi na desnoj strani. 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. Primer je kalijum-40, koji je samo 119/10.000 u prirodnoj mešavini. Takođe, među značajnim prirodnim beta-minus aktivnim radionuklidima su alfa i beta proizvodi raspada uranijuma i torija.
Beta raspad ima tipičan primjer: torijum-234, koji se u alfa raspadu pretvara u protaktinijum-234, a zatim na isti način postaje uranijum, ali njegov drugi izotop broj 234. Ovaj uranijum-234 opet zbog alfa propadanje postajetorij, ali već drugačija njegova sorta. Ovaj torijum-230 tada postaje radijum-226, koji se pretvara u radon. I u istom nizu, do talijuma, samo sa različitim beta prelazima nazad. Ovaj radioaktivni beta raspad završava se formiranjem stabilnog olova-206. Ova transformacija ima sljedeću formulu:
Th-234 -> Pa-234 -> U-234 -> Th-230 -> Ra-226 -> Rn-222 -> At-218 -> At-218 -> At-344 -> At-344 -> -> Pb-206
Prirodni i značajni beta aktivni radionuklidi su K-40 i elementi od talijuma do uranijuma.
Beta-plus raspad
Postoji i beta plus transformacija. Takođe se naziva pozitron beta raspad. Iz jezgra emituje česticu zvanu pozitron. Rezultat je transformacija originalnog elementa u onaj s lijeve strane, koji ima manji broj.
Primjer
Kada dođe do beta raspada elektrona, magnezijum-23 postaje stabilan izotop natrijuma. Radioaktivni europijum-150 postaje samarijum-150.
Rezultirajuća reakcija beta raspada može stvoriti beta+ i beta-emisije. Brzina bježanja čestica 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 jedinicemase. Pri tome se jedan izotop pretvara u drugi sa manjim masenim brojem. Primjer bi bio pretvaranje litija-9 u litijum-8, helijuma-5 u helijum-4.
Kada se stabilan izotop joda-127 ozrači gama zracima, on postaje izotop broj 126 i postaje radioaktivan.
Protonski raspad. Izuzetno je rijetka. Pri tome se emituje proton koji ima naboj od +1 i 1 jedinicu mase. Atomska težina se smanjuje za jednu vrijednost.
Svaka radioaktivna transformacija, posebno radioaktivni raspadi, je praćena oslobađanjem energije u obliku gama zračenja. Zovu to gama zraci. U nekim slučajevima primećuju se rendgenski zraci niže energije.
Gamma decay. To je tok gama kvanta. To je elektromagnetno zračenje, tvrđe od rendgenskog zračenja, koje se koristi u medicini. Kao rezultat, pojavljuju se gama kvanti ili energija teče iz atomskog jezgra. X-zraci su takođe elektromagnetni, ali potiču iz elektronskih omotača atoma.
Alfa čestice trče
Alfa čestice sa masom od 4 atomske jedinice i nabojem od +2 kreću se pravolinijski. 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 u limpapir i ljudska koža.
Zbog sopstvene mase i broja naelektrisanja, alfa čestica ima najveću jonizujuću 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 utiče na supstancu kroz koju leti, ali štaviše, let je duži. Takođe putanja čestice nije prava. U tom smislu govore o sposobnosti prodiranja, koja zavisi od primljene energije.
Prodorna moć beta čestica proizvedenih tokom radioaktivnog raspada dostiže 2,3 m u vazduhu, u tečnostima se broji u centimetrima, a u čvrstim materijama - u delićima centimetra. Tkiva ljudskog tijela prenose zračenje do 1,2 cm dubine. Za zaštitu od beta zračenja može poslužiti jednostavan sloj vode do 10 cm. Protok čestica sa dovoljno visokom energijom raspada od 10 MeV skoro u potpunosti apsorbuju takvi slojevi: vazduh - 4 m; aluminijum - 2,2 cm; gvožđe - 7,55 mm; olovo - 5, 2 mm.
S obzirom na njihovu malu veličinu, čestice beta zračenja imaju nizak kapacitet jonizacije u poređenju sa alfa česticama. Međutim, kada se progutaju, mnogo su opasniji nego prilikom eksternog izlaganja.
Neutron i gama trenutno imaju najveće prodorne performanse među svim vrstama zračenja. Raspon ovih zračenja u zraku ponekad doseže desetine i stotinemetara, ali sa nižim performansama 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 koriste se slojevi čelika, betona i olova kao faktor slabljenja.
Na primjer, da bi se kob alt gama zračenje desetostruko 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.
Jonizujuće performanse neutrona zavise od njihovog energetskog učinka.
U svakoj situaciji, najbolji način zaštite od zračenja je da se držite što dalje od izvora i provodite što je moguće manje vremena u području visoke radijacije.
Fisija atomskih jezgara
Pod fisijom jezgra atoma podrazumeva se spontana, ili pod uticajem neutrona, podela jezgra na dva dela, približno jednake veličine.
Ova dva dijela postaju radioaktivni izotopi elemenata iz glavnog dijela tabele hemijskih elemenata. Počevši od bakra do lantanida.
Tokom oslobađanja, par dodatnih neutrona izlazi i postoji višak energije u obliku gama kvanta, koji je mnogo veći nego tokom radioaktivnog raspada. Dakle, u jednom aktu radioaktivnog raspada pojavljuje se jedan gama kvanta, a tokom čina fisije pojavljuje se 8, 10 gama kvanta. Takođe, rasuti fragmenti imaju veliku kinetičku energiju, koja se pretvara u termalne indikatore.
Oslobođeni neutroni su sposobni da izazovu razdvajanje para sličnih jezgara ako se nalaze u blizini i neutroni ih udare.
Ovo podiže 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. Ovakvi procesi se izvode u nuklearnim elektranama i reaktorima.
Ako izgubite kontrolu nad reakcijom, dogodit će se atomska eksplozija. Slično se koristi u nuklearnom oružju.
U prirodnim uslovima postoji samo jedan element - uranijum, koji ima samo jedan fisijski izotop sa brojem 235. Oružan je.
U običnom atomskom reaktoru uranijuma iz uranijuma-238, pod uticajem neutrona, formiraju novi izotop na broju 239, a iz njega - plutonijum, koji je veštački i ne nastaje u prirodi. U ovom slučaju, nastali plutonijum-239 se koristi u svrhe oružja. Ovaj proces fisije atomskih jezgara je suština svih atomskih oružja i energije.
Fenomeni poput alfa raspada i beta raspada, čija se formula proučava u školi, široko su rasprostranjeni u naše vrijeme. Zahvaljujući ovim reakcijama postoje nuklearne elektrane i mnoge druge industrije zasnovane na nuklearnoj fizici. Međutim, ne zaboravite na radioaktivnost mnogih od ovih elemenata. Prilikom rada s njima potrebna je posebna zaštita i poštivanje svih mjera opreza. U suprotnom, to može dovesti donepopravljiva katastrofa.
