Cząsteczki Alpha: odkrycie, charakterystyka, zastosowania
Cząstki alfa (lub cząstki α) są jądrami zjonizowanych atomów helu, które w związku z tym utraciły swoje elektrony. Jądra helu składają się z dwóch protonów i dwóch neutronów. Następnie cząstki te mają dodatni ładunek elektryczny, którego wartość jest dwukrotnie większa od ładunku elektronu, a jego masa atomowa wynosi 4 jednostki masy atomowej.
Cząstki alfa są emitowane spontanicznie przez niektóre substancje radioaktywne. W przypadku Ziemi głównym znanym naturalnym źródłem emisji promieniowania alfa jest gaz radonowy. Radon jest gazem radioaktywnym obecnym w glebie, wodzie, powietrzu i niektórych skałach.
Odkrycie
Przez lata 1899 i 1900 fizycy Ernest Rutherford (pracujący w McGill University w Montrealu, Kanada) i Paul Villard (pracujący w Paryżu) wyróżnili trzy typy radicación, nazwane przez samego Rutherforda: alfa, beta i gamma.
Dokonano rozróżnienia w oparciu o jego zdolność do penetrowania obiektów i ich odchylenia z powodu pola magnetycznego. Dzięki tym właściwościom Rutherford zdefiniował promienie alfa jako te, które miały mniejszą zdolność penetracji w zwykłych obiektach.
Tak więc praca Rutherforda obejmowała pomiary stosunku masy cząstki alfa do jej ładunku. Pomiary te doprowadziły go do ustalenia hipotezy, że cząstki alfa są podwójnie naładowanymi jonami helu.
Wreszcie w 1907 roku Ernest Rutherford i Thomas Royds byli w stanie wykazać, że hipoteza ustalona przez Rutherforda była prawdziwa, demonstrując w ten sposób, że cząstki alfa były podwójnie zjonizowanymi jonami helu.
Funkcje
Niektóre z głównych cech cząstek alfa są następujące:
Masa atomowa
4 jednostki masy atomowej; to znaczy 6, 68 ∙ 10-27 kg.
Ładowanie
Dodatni, dwa razy większy ładunek elektronu lub taki sam: 3, 2 ∙ 10-19 C.
Prędkość
Rzędu od 1, 5 · 107 m / s do 3, 107 m / s.
Jonizacja
Mają wysoką zdolność do jonizacji gazów, przekształcając je w gazy przewodzące.
Energia kinetyczna
Jego energia kinetyczna jest bardzo wysoka dzięki dużej masie i prędkości.
Zdolność penetracji
Mają niską zdolność penetracji. W atmosferze szybko tracą prędkość podczas interakcji z różnymi cząsteczkami w wyniku ich dużej masy i ładunku elektrycznego.
Rozpad alfa
Rozpad alfa lub rozpad alfa to rodzaj rozpadu promieniotwórczego, który polega na emisji cząstki alfa.
Gdy tak się stanie, rdzeń radioaktywny widzi swoją liczbę masową zmniejszoną o cztery jednostki i liczbę atomową o dwie jednostki.
Ogólnie proces wygląda następująco:
A Z X → A-4 Z-2 Y + 4 2 He
Rozpad alfa zwykle występuje w cięższych jądrach. Teoretycznie może występować tylko w jądrach nieco cięższych niż nikiel, w których ogólna energia wiązania na nukleon nie jest już minimalna.
Najlżejsze jądra emitujące znane cząstki alfa są izotopami o niższej masie tellurowej. Zatem tellur 106 (106Te) jest najlżejszym izotopem, w którym rozpad alfa występuje w przyrodzie. Jednak wyjątkowo 8Be można podzielić na dwie cząstki alfa.
Ponieważ cząstki alfa są stosunkowo ciężkie i naładowane dodatnio, ich średnia swobodna droga jest bardzo krótka, więc szybko tracą energię kinetyczną w niewielkiej odległości od źródła.
Rozpad alfa z jąder uranu
Bardzo częsty przypadek rozpadu alfa ma miejsce w uranu. Uran jest najcięższym pierwiastkiem chemicznym występującym w przyrodzie.
W swojej naturalnej postaci uran występuje w trzech izotopach: uran-234 (0, 01%), uran-235 (0, 71%) i uran-238 (99, 28%). Proces rozpadu alfa dla najbardziej rozpowszechnionego izotopu uranu jest następujący:
238 92 U → 234 90 Th +4 2 He
Helio
Cały hel istniejący obecnie na Ziemi ma swój początek w procesach rozpadu alfa różnych pierwiastków promieniotwórczych.
Z tego powodu zwykle występuje w złożach mineralnych bogatych w uran lub tor. Podobnie, wydaje się on również związany ze studniami wydobycia gazu ziemnego.
Toksyczność i zagrożenia dla zdrowia cząstek alfa
Ogólnie, zewnętrzne promieniowanie alfa nie stanowi zagrożenia dla zdrowia, ponieważ cząstki alfa mogą przemieszczać się tylko na odległość kilku centymetrów.
W ten sposób cząstki alfa są pochłaniane przez gazy obecne w zaledwie kilku centymetrach powietrza lub przez cienką zewnętrzną warstwę martwej skóry osoby, dzięki czemu unika się ryzyka dla zdrowia ludzi.
Jednakże cząstki alfa są bardzo niebezpieczne dla zdrowia w przypadku spożycia lub wdychania.
Dzieje się tak dlatego, że chociaż mają niewielką moc penetracji, ich wpływ jest bardzo duży, ponieważ są to najcięższe cząstki atomowe emitowane przez źródło radioaktywne.
Aplikacje
Cząstki alfa mają różne zastosowania. Niektóre z najważniejszych są następujące:
- Leczenie raka.
- Eliminacja elektryczności statycznej w zastosowaniach przemysłowych.
- Używaj w czujnikach dymu.
- Źródło paliwa dla satelitów i statków kosmicznych.
- Źródło zasilania rozrusznika serca.
- Źródło zasilania dla zdalnych stacji czujników.
- Źródło energii dla urządzeń sejsmicznych i oceanograficznych.
Jak widać, bardzo powszechne użycie cząstek alfa jest źródłem energii dla różnych zastosowań.
Ponadto obecnie jednym z głównych zastosowań cząstek alfa są pociski w badaniach jądrowych.
Po pierwsze, cząstki alfa są wytwarzane przez jonizację (tj. Oddzielanie elektronów od atomów helu). Następnie cząstki alfa są przyspieszane przy wysokich energiach.
