Разница между альфа- и бета-распадом

Содержание:

Альфа против бета-распада

Альфа-распад и бета-распад — это два типа радиоактивного распада. Третий тип — гамма-распад. Вся материя состоит из атомов, состоящих из электронов, протонов и нейтронов. Протоны и нейтроны находятся внутри ядра, а электроны вращаются по орбитам вокруг ядра. Хотя большинство ядер стабильны, есть элементы с нестабильными ядрами. Эти нестабильные ядра называют радиоактивными. Эти ядра в конечном итоге распадаются, испуская частицу, тем самым превращаясь в другое ядро ​​или превращаясь в ядро ​​с более низкой энергией. Этот распад продолжается до тех пор, пока не будет достигнуто стабильное ядро. Существует три основных типа распада, называемых альфа-, бета- и гамма-распадом, которые различаются в зависимости от частицы, испускаемой во время распада. Цель этой статьи — выяснить разницу между альфа- и бета-распадом.

Альфа-распад

Альфа-распад называется так, потому что нестабильное ядро ​​испускает альфа-частицы. Альфа-частица имеет два протона и два нейтрона, что также похоже на ядро ​​гелия. Ядро гелия считается очень стабильным. Этот тип распада можно наблюдать при распаде радиоактивного урана 238, который после альфа-распада превращается в более стабильный торий 234.

238U₉₂→ 234Чт₉₀ + 4Он₂

Этот процесс трансформации через альфа-распад называется трансмутацией.

Бета-распад

Когда бета-частица покидает нестабильное ядро, этот процесс называется бета-распадом. Бета-частица — это, по сути, электрон, хотя иногда это позитрон, который также является положительным эквивалентом электрона. Во время такого распада количество нейтронов уменьшается на один, а количество протонов увеличивается на один. Бета-распад можно понять на следующем примере.

234Чт₉₀ → 234Па₉₁ +е_-1

Бета-частицы более проникающие и движутся быстрее, чем альфа-частицы.

Есть много различий между альфа- и бета-распадом, которые обсуждаются ниже.

Разница между альфа-распадом и бета-распадом • Альфа-распад вызван присутствием слишком большого количества протонов в нестабильном ядре, тогда как бета-распад является результатом присутствия слишком большого количества нейтронов в нестабильных ядрах. • Альфа-распад превращает нестабильное ядро ​​в другое ядро ​​с атомной массой на 2 меньше, чем у родительского ядра, и атомным номером, который на 4 меньше. В случае бета-распада новое ядро ​​имеет атомную массу на единицу больше, чем исходное ядро, но имеет тот же атомный номер. • Альфа-распад производит альфа-частицы, которые представляют собой 2 нейтрона и 2 протона, таким образом, имеющие массу 4 а.е.м. (атомная единица массы) и заряд +2. Их проникающая способность мала и не может проникнуть через вашу кожу, но если вы съедите что-то, что подвергается альфа-распаду, вы можете умереть. В общем, альфа-частицы можно остановить даже с помощью листа бумаги. • Бета-распад включает разряд бета-частиц, которые в основном представляют собой электроны без массы с отрицательным зарядом. Они обладают более высокой проникающей способностью и легко проникают в кожу. Даже стены не защитят вас. • Принцип альфа-распада и разряда альфа-частиц используется в дымовых извещателях. Он также используется во многих других приложениях, таких как генераторы, используемые в экспериментах с космическими зондами, а также в качестве кардиостимуляторов, используемых для лечения сердечных заболеваний. Защититься от альфа-излучения легче, чем от бета-излучения, которое более опасно.

История [ править ]

Альфа-частицы были впервые описаны в исследованиях радиоактивности Эрнестом Резерфордом в 1899 году, а к 1907 году они были идентифицированы как ионы He 2+ . К 1928 году Джордж Гамов решил теорию альфа-распада через туннелирование. Альфа-частица захвачена внутри ядра притягивающей ядерной потенциальной ямой
и отталкивающим электромагнитным потенциальным барьером . Классически это запрещено убегать, но согласно (тогда) недавно открытым принципам квантовой механики , он имеет крошечную (но отличную от нуля) вероятность « туннелирования » через барьер.и появляясь с другой стороны, чтобы покинуть ядро. Гамов решил модельный потенциал ядра и вывел из первых принципов зависимость между периодом полураспада распада и энергией излучения, которая была ранее обнаружена эмпирически и известна как закон Гейгера-Наттолла .

Описание

Два типа бета-распада известны как бета-минус и бета-плюс . При бета-минус (β — ) распаде нейтрон превращается в протон, и в результате этого процесса создаются электрон и электронный антинейтрино ; в то время как в бета-плюсовом (β + ) распаде протон превращается в нейтрон, и этот процесс создает позитрон и электронное нейтрино. β + -распад также известен как эмиссия позитронов .

Бета-распад сохраняет квантовое число, известное как лептонное число , или количество электронов и связанных с ними нейтрино (другие лептоны — это мюонные и тау- частицы). Эти частицы имеют лептонное число +1, а их античастицы — лептонное число -1. Поскольку протон или нейтрон имеет нулевой лептонное число, β + распад (позитрон, или антиэлектрона) должно сопровождаться электронным нейтрино, а β — распад (электрон) должен сопровождаться электронным антинейтрино.

Примером электронной эмиссии (β — распад) является распад углерода-14 до азота-14 с периодом полураспада около 5730 лет:

14 ₆C → 14 ₇N + е- + ν_е

В этой форме распада исходный элемент становится новым химическим элементом в процессе, известном как ядерная трансмутация . Этот новый элемент имеет неизменное массовое число A , но атомный номер Z увеличен на единицу. Как и во всех ядерных распадах, распадающийся элемент (в данном случае14 ₆C) известен как родительский нуклид, а полученный элемент (в данном случае14 ₇N) известен как дочерний нуклид .

Другой пример — распад водорода-3 ( трития ) до гелия-3 с периодом полураспада около 12,3 года:

3 ₁ЧАС → 3 ₂Он + е- + ν_е

Примером излучения позитронов (β + распад) является распад магния-23 до натрия-23 с периодом полураспада около 11,3 с:

23 ₁₂Mg → 23 ₁₁Na + е+ + ν_е

β + -распад также приводит к ядерной трансмутации, в результате чего элемент имеет атомный номер, уменьшенный на единицу.

Бета-спектр, показывающий типичное разделение энергии между электроном и антинейтрино

Бета-спектр или распределение значений энергии для бета-частиц является непрерывным. Полная энергия процесса распада делится между электроном, антинейтрино и нуклидом отдачи. На рисунке справа показан пример электрона с энергией 0,40 МэВ от бета-распада 210 Bi. В этом примере полная энергия распада составляет 1,16 МэВ, поэтому антинейтрино имеет оставшуюся энергию: 1,16 МэВ — 0,40 МэВ = 0,76 МэВ . Электрон в крайнем правом углу кривой будет иметь максимально возможную кинетическую энергию, а энергия нейтрино останется только его небольшой массой покоя.

β + распад

Диаграмма Фейнмана старшего порядка дляβ+ распад протона на нейтрон , позитрон и электронное нейтрино через промежуточныйW+ бозон

В β+ распад, или испускание позитрона, слабое взаимодействие превращает атомное ядро ​​в ядро ​​с атомным номером, уменьшенным на единицу, при испускании позитрона (е+) и электронное нейтрино (ν_е). β+ распад обычно происходит в ядрах, богатых протонами. Общее уравнение:

А _ЯИкс → A _{Z −1}ИКС’ + е+ + ν_е

Это можно рассматривать как распад протона внутри ядра на нейтрон:

р → п + е+ + ν_е

Тем не мение, β+ распад не может происходить в изолированном протоне, потому что он требует энергии из-за того, что масса нейтрона больше массы протона.β+ распад может происходить внутри ядер только тогда, когда дочернее ядро ​​имеет большую энергию связи (и, следовательно, более низкую общую энергию), чем материнское ядро. Разница между этими энергиями переходит в реакцию превращения протона в нейтрон, позитрон и нейтрино и в кинетическую энергию этих частиц. Этот процесс противоположен отрицательному бета-распаду, поскольку слабое взаимодействие превращает протон в нейтрон, превращая верхний кварк в нижний кварк, что приводит к испусканиюW+ или поглощение W-. КогдаW+бозон испускается, он распадается на позитрон и электронное нейтрино :

ты → d + е+ + ν_е.

Скорость распада изотопа (период полураспада)

Каждый радионуклид распадается со своей уникальной скоростью, которая не может быть изменена никаким химическим или физическим процессом. Полезным показателем этой скорости является период полураспада радионуклида.

Период полураспада определяется как время, необходимое для снижения активности какого-либо конкретного радионуклида до половины его первоначального значения. Другими словами, половина атомов вернулась в более стабильное состояние материала.

Период полураспада двух широко используемых промышленных изотопов составляет 74 дня для иридия-192 и 5,3 года для кобальта-60. Более точные вычисления могут быть сделаны для периода полураспада этих материалов, однако, эти времена обычно используются.

Практическое значение альфа-распада[править | править код]

Огромнейшее значение альфа-распад имеет в области использования ядерной энергии, в частности в радиоизотопной энергетике. Используемые альфа-радиоактивные изотопы в всевозможных радиоизотопных источниках энергии представляют собой наиболее мощные источники энергии, и в сравнении с бета-радиоактивными изотопами выделяют на порядок большую энергию. Помимо этой области, альфа-распад ряда изотопов имеет огромное значение в производстве и применении разнообразных нейтронных источников, в которых используется альфа-нейтронная ядерная реакция с бериллием:

 24He+ 49Be→612C+1n\ ^4_2He+ \ ^{9}_{4}Be \rightarrow ^{12}_{6}C + ^1_0n

Наиболее технологически отработанные полоний-бериллиевый, Плутоний-238-бериллиевый источники нейтронов используются в самых разнообразных научных областях исследования, при нейтронно-активационных анализах вещества, при нейтронном каротаже буровых скважин и др.

Воздействие на человека[ | ]

Альфа-частицы, образованные при распаде ядра, имеют начальную кинетическую энергию в диапазоне 1,8—15 МэВ. При движении альфа-частицы в веществе, она создаёт сильную ионизацию окружающих атомов, и в результате этого очень быстро теряет энергию. Энергии альфа-частиц, возникающих в результате радиоактивного распада, не хватает даже для преодоления мёртвого слоя кожи, поэтому радиационный риск при внешнем облучении такими альфа-частицами отсутствует. Внешнее альфа-облучение опасно для здоровья только в случае высокоэнергичных альфа-частиц (с энергией выше десятков МэВ), источником которых является ускоритель. Однако проникновение альфа-активных радионуклидов внутрь тела, когда облучению подвергаются непосредственно живые ткани организма, весьма опасно для здоровья, поскольку большая плотность ионизации вдоль трека частицы сильно повреждает биомолекулы. Считается, что при равном энерговыделении (поглощённой дозе) эквивалентная доза, набранная при внутреннем облучении альфа-частицами с энергиями, характерными для радиоактивного распада, в 20 раз выше, чем при облучении гамма- и рентгеновскими квантами. Однако следует отметить, что линейная передача энергии высокоэнергичных альфа-частиц (с энергиями 200 МэВ и выше) значительно меньше, поэтому их относительная биологическая эффективность сравнима с таковой для гамма-квантов и бета-частиц.

Таким образом, опасность для человека при внешнем

облучении могут представлять α-частицы с энергиями 10 МэВ и выше, достаточными для преодоления омертвевшего рогового слоя кожного покрова. В то же время большинство исследовательских ускорителей α-частиц работает на энергиях ниже 3 МэВ.

Гораздо бо́льшую опасность для человека представляют α-частицы, возникающие при альфа-распаде радионуклидов, попавших внутрь

организма (в частности, через дыхательные пути или пищеварительный тракт). Достаточно микроскопического количества α-радиоактивного вещества (например полония-210), чтобы вызвать у пострадавшего острую лучевую болезнь, зачастую с летальным исходом.

Ионизирующее излучение

Всё это- не фрагмент бреда сумасшедшего, взятый из истории его болезни и не краткий синопсис очередного голливудского боевика. Это окружающая нас реальность, которая называется радиоактивное или ионизирующее излучение, если коротко — радиация.

Явление радиоактивности в общих чертах было сформулировано французским физиком А. Беккерелем в 1896 году. Конкретизировал это явление и более подробно описал Э. Резерфорд в 1899 году. Именно он смог установить, что радиоактивное излучение неоднородно по своей природе и состоит, как минимум, из трёх видов лучей. Эти лучи по-разному отклонялись в магнитном поле и поэтому получили разное название. Проникающая способность альфа, бета и гамма-излучения различна.

Альфа-лучи

В магнитном поле они отклоняются так же, как и и положительно заряженные частицы. В дальнейшем было выяснено что это тяжёлые, положительно заряженные ядра атомов гелия. Возникают при распаде более сложных атомных ядер, например, урана, радия или тория. Обладают большой массой и относительно низкой скоростью излучения. Это обуславливает их невысокую проникающую способность. Они не могут проникнуть даже сквозь лист бумаги.

Но при этом альфа-частицы обладают очень большой ионизирующей энергией, что является причиной их способности наносить очень серьёзные повреждения на клеточном уровне. Из всех видов лучей именно альфа характеризуются самыми тяжёлыми последствиями в случае их воздействия на организм.

Это разрушающее влияние случается только в случае непосредственного контакта с предметами, излучающими альфа-лучи. На практике это происходит в результате попадания радиоактивных элементов внутрь организма через желудочно-кишечный тракт при приёме пищи или воды, а также при вдыхании воздуха, насыщенного радиоактивной пылью. Кроме того альфа-частицы могут легко проникнуть в организм через повреждения кожных покровов. Разносясь с током крови по всему организму, они обладают способностью накапливаться, оказывая сильнейшее разрушающее воздействие в течение многих лет.

Необходимо иметь в виду, что попадающие в организм радиоактивные вещества, не выводятся из него самостоятельно. Человеческий организм практически никак не защищён от подобного рода проникновений. Он не может нейтрализовать, переработать, усвоить или вывести самостоятельно радиоактивный изотоп, попавший внутрь.

Бета-лучи

Отклоняются в ту же сторону что и отрицательно заряженные частицы. Источником бета-излучения являются внутриядерные процессы, связанные с превращением протона в нейтрон и наоборот- нейтрона в протон. При этом происходит излучение электрона или позитрона. Скорость распространения довольно высокая и приближается к скорости света. Бета-излучение обладает гораздо большей проникающей способностью, чем альфа-излучение, но ионизирующее воздействие выражено гораздо слабее.

Бета-излучение легко проникает сквозь одежду, но тонкий лист металла или средней толщины деревянный брусок полностью останавливают его. В отличие от альфа-излучения, бета-лучи способны наносить дистанционное поражение на расстоянии нескольких десятков метров от источника радиации.

Гамма- лучи

Эти лучи оказались нейтрально заряженными и никак не отклонялись в магнитном поле. Гамма-излучение представляет собою электромагнитную энергию, излучаемую в виде фотонов. Эта энергия освобождается в момент изменения энергетического состояния ядра атома.

Данный вид излучения характеризуется высокой скоростью, равной скорости света и крайне высокой проникающей способностью. Чтобы остановить гамма-излучение необходимы толстые бетонные стены. Парадокс состоит в том, что данный вид лучей менее всего способен оказывать разрушающее действие на организм. Их ионизирующее воздействие в сотни раз слабее бета-излучения и в десятки тысяч раз слабее альфа-излучения. Но способность преодолевать значительные расстояния и высокие проникающие свойства делают эти лучи потенциально наиболее опасными для человека. Поэтому остановимся на этом виде излучения более подробно.

Задача №2

Ядро тория   превратилось в ядро радия . Какую частицу испустило при этом ядро тория?

1. нейтрон
2. протон
3. альфа-частицу
4. бета-частицу

Разбор

• Сверху находится массовое число — масса частицы. Вычтем из массы Тория массу Радия: 230-226=4. Получили массу неизвестной частицы.
• Снизу находится зарядовое число — это заряд не­из­вест­ной частицы. Вычтем из заряда Тория заряд Радия: 90-88=2. Получили заряд неизвестной частицы.
• Итого: массовое число = 4. Зарядовое число = 2
• Взглянем на табличку самых распространенных частиц. 

Вуаля! Наша незнакомка — это альфа-частица — частица с двумя протонами и двумя нейтронами.

Ответ: 3) альфа-частица

Единицы измерения радиоактивности

Однако в чем измеряется эта величина? Измерение радиоактивности позволяет выразить интенсивность распада в цифрах. Единица измерения активности радионуклида – беккерель. 1 беккерель (Бк) означает, что 1 распад происходит в 1 сек. Когда-то для этих измерений использовалась гораздо более крупная единица измерения – кюри (Ки): 1 кюри = 37 млрд беккерелей.

Естественно, сопоставлять необходимо одинаковые массы вещества, например 1 мг урана и 1 мг тория. Активность взятой единицы массы радионуклида называется удельной активностью. Чем больше период полураспада, тем меньше удельная радиоактивность.

Гамма-излучение

Наиболее высокой проникающей способностью обладает гамма-излучение. Эта компонента радиоактивных лучей не взаимодействует с магнитным полем, следовательно, гамма-частицы не имеют электрического заряда. Детальное изучение гамма-частиц показало, что их свойства эквивалентны квантам электромагнитного излучения (фотонам) высоких энергий с очень малой длины волны.

Гамма-излучение обладает наименьшей ионизирующей и наибольшей проникающей способностью: для защиты от гамма-излучения требуется слой вещества большой толщины.

Сравнительные характеристики радиоактивных излучений удобно представить в виде таблицы:

Рис. 3. Таблица: альфа-, бета-, гамма-излучения.

Миф об опасности

Сравнивая альфа-, гамма- и бета-излучение, люди обычно считают гамма-лучи наиболее опасными. Ведь они образуются при ядерных взрывах, преодолевают сотни километров и вызывают лучевую болезнь. Все это верно, однако не имеет непосредственного отношения к опасности лучей. Так как в этом случае говорят именно об их проникающей способности. Конечно, альфа-, бета- и гамма-лучи различаются в этом отношении. Однако опасность оценивается не проникающей способностью, а поглощенной дозой. Этот показатель высчитывается в джоулях на килограмм (Дж/кг).

Таким образом, доза поглощенного излучения измеряется дробью. В ее числителе находится не количество альфа-, гамма- и бета-частиц, а именно энергия. К примеру, гамма-излучение может быть жестким и мягким. Последнее обладает меньшей энергией

Продолжая аналогию с оружием, можно сказать: значение имеет не только калибр пули, важно и то, из чего производится выстрел – из рогатки или из дробовика

Задача 5

В результате столкновения ядра урана с частицей X произошло деление урана, описываемое реакцией:

Определите зарядовое и массовое числа частицы X, с которой столкнулось ядро урана.

Разбор

• Сначала разберемся с массовым числом. Используем лайфхак: то, что слева, равно тому, что справа.
• Также заметим, что у нас 3 нейтрона. Получается, нам нужно умножить массовое число нейтрона на 3.
• С гамма-частицей разобраться легко — как мы показали ранее, она ни на что не влияет.

A+235 = 133+139+3*1

Отсюда A=133+139+3-235=40

Теперь настал черед зарядового числа.

Z+92 = 36+56+3*0

Отсюда Z=36+56+0-92=0

Ответ: получили элемент X c массовым числом 40 и зарядовым числом 0.

Ядерная трансмутация

Если протон и нейтрон являются частью атомного ядра , описанные выше процессы распада преобразуют один химический элемент в другой. Например:

137 55CS			→	137 56Ба	+	е-	+	νе	(бета минус распад)
22 11Na			→	22 10Ne	+	е+	+	νе	(бета плюс распад)
22 11Na	+	е-	→	22 10Ne	+	νе			(захват электронов)

Бета — распад не изменяет число ( А ) из нуклонов в ядре, но меняется только его заряд  Z . Таким образом, можно ввести набор всех нуклидов с одинаковым  A ; эти изобарические нуклиды могут превращаться друг в друга посредством бета-распада. Для данного A есть наиболее стабильный. Он называется бета-стабильным, поскольку представляет собой локальный минимум избытка массы : если такое ядро ​​имеет числа ( A , Z ) , то соседние ядра ( A , Z −1) и ( A , Z +1) имеют больший избыток массы и может бета-распад на ( A , Z ) , но не наоборот. Для всех нечетных массовых чисел A известна только одна бета-стабильная изобара. Для даже  A экспериментально известно до трех различных бета-стабильных изобар; Например,124 ₅₀Sn, 124 ₅₂Te, а также 124 ₅₄Xeвсе бета-стабильны. Известно около 350 стабильных нуклидов, устойчивых к бета-распаду .

Конкуренция типов бета-распада

Обычно нестабильные нуклиды явно либо «богатые нейтронами», либо «богатые протонами», причем первые подвергаются бета-распаду, а вторые — захвату электронов (или, реже, из-за более высоких требований к энергии, распаду позитронов). Однако в некоторых случаях радионуклидов с нечетными протонами и нечетными нейтронами для радионуклида может быть энергетически выгодным распад до изобары с четными протонами и четными нейтронами, подвергаясь либо бета-положительному, либо бета-отрицательному распаду. Часто цитируемый пример — одиночный изотоп64 ₂₉Cu(29 протонов, 35 нейтронов), что иллюстрирует три типа бета-распада в конкуренции. Период полураспада меди-64 составляет около 12,7 часов. У этого изотопа один неспаренный протон и один неспаренный нейтрон, поэтому либо протон, либо нейтрон могут распадаться. Этот конкретный нуклид (хотя и не все нуклиды в данной ситуации) почти с одинаковой вероятностью распадется через распад протона с испусканием позитрона (18%) или захватом электрона (43%) на64 ₂₈Ni, как это происходит через распад нейтрона с эмиссией электронов (39%) до 64 ₃₀Zn.

Стабильность встречающихся в природе нуклидов

Большинство нуклидов природного происхождения на Земле являются бета-стабильными. Те, которые не имеют периода полураспада, варьируются от менее секунды до периодов времени, значительно превышающих возраст Вселенной . Одним из распространенных примеров долгоживущего изотопа является нуклид с нечетным протоном и нечетным нейтроном.40 ₁₉K, который претерпевает все три типа бета-распада (β-, β+ и захват электронов) с периодом полураспада 1.277 × 10 9  лет .

Радиоактивность в физике

Мы знаем, что атомы вещества состоят из ядра и вращающихся вокруг него электронов. Так вот ядро — это в принципе очень устойчивое образование, которое сложно разрушить. Однако, ядра атомов некоторых веществ обладают нестабильностью и могут излучать в пространство различную энергию и частицы.

Это излучение называют радиоактивным, и оно включает в себя несколько составляющих, которые назвали соответственно первым трем буквам греческого алфавита: α-, β- и γ- излучение. (альфа-, бета- и гамма-излучение). Эти излучения различны, различно и их действие на человека и меры защиты от него. Разберем все по порядку.

Альфа-излучение

Альфа-излучение — это поток тяжелых положительно заряженных частиц. Возникает в результате распада атомов тяжелых элементов, таких как уран, радий и торий. В воздухе альфа-излучение проходит не более пяти сантиметров и, как правило, полностью задерживается листом бумаги или внешним омертвевшим слоем кожи. Однако если вещество, испускающее альфа-частицы, попадает внутрь организма с пищей или воздухом, оно облучает внутренние органы и становится опасным.

Бета-излучение

Бета-излучение — это электроны, которые значительно меньше альфа-частиц и могут проникать вглубь тела на несколько сантиметров. От него можно защититься тонким листом металла, оконным стеклом и даже обычной одеждой. Попадая на незащищенные участки тела, бета-излучение оказывает воздействие, как правило, на верхние слои кожи. Во время аварии на Чернобыльской АЭС в 1986 году пожарные получили ожоги кожи в результате очень сильного облучения бета-частицами. Если вещество, испускающее бета-частицы, попадет в организм, оно будет облучать внутренние ткани.

Гамма-излучение

Гамма-излучение — это фотоны, т.е. электромагнитная волна, несущая энергию. В воздухе оно может проходить большие расстояния, постепенно теряя энергию в результате столкновений с атомами среды. Интенсивное гамма-излучение, если от него не защититься, может повредить не только кожу, но и внутренние ткани. Плотные и тяжелые материалы, такие как железо и свинец, являются отличными барьерами на пути гамма-излучения.

Как видно, альфа-излучение по его характеристикам практически не опасно, если не вдохнуть его частички или не съесть с пищей. Бета-излучение может причинить ожоги кожи в результате облучения. Самые опасные свойства у гамма-излучения. Оно проникает глубоко внутрь тела, и вывести его оттуда очень сложно, а воздействие очень разрушительно.

В любом случае без специальных приборов знать, что за вид радиации присутствует в данном конкретном случае нельзя, тем более, что всегда можно случайно вдохнуть частички радиации с воздухом. Поэтому общее правило одно — избегать подобных мест, а если уж попали, то укутаться как можно большим количеством одежды и вещей, дышать через ткань, не есть и не пить, и постараться поскорее покинуть место заражения. А потом при первой же возможности избавиться от всех этих вещей и хорошенько вымыться.

Понятие «излучение» включает в себя весь диапазон электромагнитных волн, а также электрический ток, радиоволны, ионизирующее излучение. При последнем изменяется физическое состояние атомов и их ядер, превращая их в заряженные ионы или продукты ядерных реакций. Мельчайшие частицы обладают энергией, которая постепенно теряется при взаимодействии со структурными единицами. В результате движения вещество, через которое проникают элементы, ионизируется. Глубина проникновения различна для каждой частицы. Из-за способности изменять вещества радиоактивный свет наносит вред организму. Какие виды излучений существуют?

Атомная физика на ОГЭ: что нужно запомнить?

• В α-распаде заряд уменьшается на 2, а масса уменьшается на 4.
• α-частица — это ядро атома гелия. α-частица состоит из двух протонов и двух нейтронов.
• В β-распаде заряд увеличивается на 1, а масса не меняется.
• β-частица — это электрон.
• В ?-распаде заряд и масса не меняются.
• ?-частица — это порция электромагнитного излучения.
• Изотопы — это разновидности атомов (и ядер) какого либо химического элемента, которые имеют одинаковое зарядовое число, но разные массовые числа. 
• В ядерных реакциях сохраняется суммарное массовое число и суммарный заряд.

Теперь вы знаете, как решать задания на ядерные распады и реакции! Надеюсь, атомная физика на ОГЭ стала для вас намного понятнее

Если хотите разобраться в остальных темах по физике и не только, обратите внимание на наши онлайн-курсы. Уже более 150 тысяч выпускников подготовились с нами к ОГЭ и ЕГЭ

Кстати, у меня на курсах MAXIMUM тоже можно поучиться! Приходите на бесплатный пробный урок, чтобы познакомиться с нашей образовательной системой и узнать массу полезного про ОГЭ.

Физика альфа-распада

Процесс распада

Альфа-спектр изотопов плутония 242 Pu, 239 Pu / 240 Pu и 238 Pu. Размытие (хвост) каждого пика на его низкоэнергетической (левой) стороне вызвано потерей энергии из-за неупругих столкновений альфа-частиц внутри образца. Альфа-частица — это ядро атома гелия-4, это двухвалентный катион гелия. Он состоит из двух протонов и двух нейтронов . При альфа-распаде массовое число ядра уменьшается на четыре единицы, атомное число — на две единицы. Если X обозначает материнский нуклид, а Y — дочерний нуклид, энергию, выделяемую при распаде, и если массовые числа написаны вверху, а порядковые числа внизу, то к альфа- распаду в целом применимо следующее: ΔЭ.{\ displaystyle \ Delta E}А.{\ displaystyle A}Z{\ displaystyle Z}

ZА.Икс→Z-2А.-4-йY+24-йЧАСе+ΔЭ.{\ displaystyle {} _ {Z} ^ {A} \ mathrm {X} \ to {} _ {Z-2} ^ {A-4} \ mathrm {Y} + {} _ {2} ^ {4} \ mathrm {He} + \ Delta E}.

Конкретный пример:

62146С.м→ 60142Nd+24-йЧАСе+2,529М.еV{\ Displaystyle {} _ {\ 62} ^ {146} \ mathrm {Sm} \ to {} _ {\ 60} ^ {142} \ mathrm {Nd} + {} _ {2} ^ {4} \ mathrm {He} +2 {,} 529 \, \ mathrm {МэВ}}.

Альфа-частица покидает ядро ​​со скоростью от 10 000 до 20 000 км / с, что соответствует кинетической энергии в несколько МэВ . Первоначальный избыток электронов в дочернем атоме, который создается, уменьшается за счет отдачи распада и взаимодействия (баланса заряда) с окружающей материей.

Энергетический спектр

Кулоновская стена . Модельный потенциал для альфа-частицы, который состоит из короткодействующего остовного потенциала, аппроксимируемого потенциальной ямой, и дальнодействующего кулоновского потенциала.

Как и любой радиоактивный распад, альфа-распад высвобождает определенное количество энергии. Он соответствует массе, которая теряется из- за дефекта массы в процессе. Эта энергия проявляется как кинетическая энергия альфа-частицы и дочернего ядра; В некоторых случаях часть энергии может сначала оставаться в возбужденном состоянии дочернего ядра, а затем рассеиваться в виде гамма-излучения . Кинетическая энергия распределяется между двумя частицами обратно пропорционально их массам (см. Кинематику (процессы частиц) ). Следовательно, альфа-частицы, испускаемые данным нуклидом, имеют, в отличие, например, от бета-распада, только очень определенные значения кинетической энергии , т. Е. то есть его энергетический спектр представляет собой линейчатый спектр . Этот спектр характерен для соответствующего радионуклида. Следовательно, его измерение можно использовать для определения этого нуклида. Э.знак равномc2{\ displaystyle E = mc ^ {2}}

Кулоновская стена, туннельный эффект

С одной стороны, альфа-частица притягивается сильным взаимодействием , но в то же время она электрически отталкивается за счет одноименных зарядов. Более сильное ядерное взаимодействие имеет короткий радиус действия, более слабое электростатическое отталкивание — большой радиус действия. Следовательно, потенциал образует своего рода барьер, Кулоновскую стену . Стенка превышает кинетическую энергию, доступную для альфа-частицы. Согласно классической физике, альфа-частица должна быть стабильно связана в ядре; однако он может покинуть его с помощью квантово-механического туннельного эффекта . Вероятность в единицу времени для этого может быть очень маленькой. Он определяет период полураспада распада. Наблюдаемая взаимосвязь между периодом полураспада и энергией испускаемых альфа-частиц описывается правилом Гейгера-Наттолла .

Радионуклиды с альфа-распадом

Типичными альфа-излучателями, встречающимися в природе, являются уран и торий, а также продукты их распада радий и радон . Кинетическая энергия альфа-частицы обычно составляет от 2 до 5 МэВ . Однако альфа-частицы из искусственно созданных нуклидов могут иметь энергию более 10 МэВ. Альфа-энергии и периоды полураспада отдельных нуклидов можно найти в списке изотопов и они представлены на картах нуклидов .

Согласно формуле массы Бете-Вайцзеккера, альфа-распад приводит к выделению положительной энергии для всех нуклидов с массовым числом 165, потому что сумма масс альфа-частицы и дочернего ядра, вычисленная таким образом, меньше, чем масса материнское ядро. Однако у многих тяжелых нуклидов альфа-распад никогда не наблюдался. Однако в последние несколько десятилетий некоторые нуклиды, которые ранее считались стабильными, были «обнажены» как чрезвычайно долгоживущие альфа-излучатели, например, 149 Sm , 152 Gd и 174 Hf . Только в 2000-х годах альфа-распад с периодом полураспада в несколько триллионов лет также можно было обнаружить при 180 Вт и 209 Bi .

Источники излучений

Существуют несколько причин испусканий частиц. Это могут быть земные или космические объекты, которые содержат радиоактивные вещества, технические устройства, выделяющие ионизирующие излучение. Также причинами появления радиоактивных частиц могут быть ядерно-технические установки, контрольно-измерительные устройства, медицинские препараты, разрушение хранилищ радиационных отходов. Опасные источники делятся на две группы:

1. Закрытые. При работе с ними излучение не проникает в окружающую среду. Примером будет являться радиационная техника на АЭС, а также аппаратура в рентген-кабинете.
2. Открытые. В этом случае облучению подвергается окружающая среда. Источниками могут быть газы, аэрозоли, радиоактивные отходы.

Элементы ряда урана, актиния и тория являются естественными радиоактивными элементами. При их распаде происходит излучение альфа-, бета-частиц. Источниками альфа–лучей является полоний с атомной массой 214 и 218. Последний представляет собой продукт распада радона. Это ядовитый в больших количествах газ, который проникает из почвы и накапливается в подвалах домов.

Источники альфа-излучения высоких энергий представляют собой разнообразные ускорители заряженных частиц. Одним из таких устройств является фазотрон. Он представляет собой циклический резонансный ускоритель с постоянным управляющим магнитным полем. Частота ускоряющего электрического поля будет медленно изменяться с периодом. Частицы движутся по раскручивающийся спирали и ускоряются до энергии, равной 1 ГэВ.

β — распад

Диаграмма Фейнмана старшего порядка дляβ- распад нейтрона на протон , электрон и электронный антинейтрино через промежуточныйW-бозон . Диаграммы более высокого порядка см.

В β- распада слабое взаимодействие превращает атомное ядро в ядро ​​с атомным номером, увеличенным на единицу, при этом испуская электрон (е-) и электронного (ν_е). β- распад обычно происходит в нейтронно-избыточных ядрах. Общее уравнение:

А _ЯИкс → А _{Я +1}ИКС’ + е- + ν_е

где A и Z — массовое число и атомный номер распадающегося ядра, а X и X ′ — начальный и конечный элементы соответственно.

Другой пример — когда свободный нейтрон (1 п) распадается на β- распадаться на протон (п):

п → п + е- + ν_е.

На фундаментальном уровне (как показано на диаграмме Фейнмана справа) это вызвано преобразованием отрицательно заряженных (-13 д ) вниз кварк к положительно заряженному (+23 д) вверх кварк излучением W-бозон ; вW- впоследствии бозон распадается на электрон и электронное антинейтрино:

d → ты + е- + ν_е.

Рентгеновское излучение

Оно имеет внеядерное происхождение. Его источник – рентгеновская трубка и некоторые радиоактивные нуклиды. Рентгеновские лучи возникают в результате сильного ускорения заряженных частиц или в результате переходов в электронных оболочках атомов.

Рентгеновская трубка имеет катод и анод. При нагревании катода происходит излучение электронов. Движение этих частиц ускоряется электромагнитным полем, и частицы падают на анод, резко снижая скорость. Вследствие этого и возникают рентген-лучи.

Рентген-излучение, проходящее сквозь вещество, рассеиваются либо поглощается. Это их свойство используется в медицине.