Az alfa- és béta-sugárzást általában radioaktív bomlásnak nevezik. Ez egy olyan folyamat, amely szubatomi részecskék kibocsátását jelenti az atommagból, és ez óriási sebességgel megy végbe. Ennek eredményeként egy atom vagy izotópja egyik kémiai elemről a másikra változhat. Az instabil elemekre jellemző az atommagok alfa és béta bomlása. Ide tartozik minden olyan atom, amelynek töltésszáma nagyobb, mint 83, és tömegszáma nagyobb, mint 209.
Reakciókörülmények
A bomlás más radioaktív átalakulásokhoz hasonlóan természetes és mesterséges. Ez utóbbi valamilyen idegen részecske bejutása miatt következik be. Az, hogy egy atom mekkora alfa- és béta-bomláson megy keresztül, csak attól függ, hogy milyen gyorsan érik el a stabil állapotot.
Természetes körülmények között alfa és béta mínusz bomlás lép fel.
Mesterséges körülmények között a neutronok, pozitronok, protonok és más, ritkább típusú atommagok bomlásai és átalakulásai jelen vannak.
Ezeket a neveket Ernest Rutherford adta, aki a radioaktív sugárzást tanulmányozta.
A különbség a stabil és az instabil közöttmag
A bomlási képesség közvetlenül függ az atom állapotától. Az úgynevezett "stabil" vagy nem radioaktív mag a nem bomló atomokra jellemző. Elméletileg az ilyen elemek a végtelenségig megfigyelhetők, hogy véglegesen meggyőződjünk stabilitásukról. Erre azért van szükség, hogy el lehessen választani az ilyen magokat az instabiloktól, amelyek felezési ideje rendkívül hosszú.
Tévedésből egy ilyen "lassú" atom összetéveszthető egy stabil atommal. A tellúr azonban, pontosabban annak 128-as izotópja, amelynek felezési ideje 2,2·1024 év, szembetűnő példa lehet. Ez az eset nem elszigetelt. A lantán-138 felezési ideje 1011 év. Ez az időszak harmincszorosa a létező univerzum korának.
A radioaktív bomlás lényege
Ez a folyamat véletlenszerűen történik. Minden bomló radionuklid sebessége minden esetben állandó. A bomlási sebesség külső tényezők hatására nem változhat. Nem számít, ha egy reakció hatalmas gravitációs erő hatására, abszolút nullaponton, elektromos és mágneses térben, bármilyen kémiai reakció során, stb. A folyamatot csak az atommag belsejére gyakorolt közvetlen hatás befolyásolhatja, ami gyakorlatilag lehetetlen. A reakció spontán, és csak attól az atomtól függ, amelyben végbemegy, és annak belső állapotától.
A radioaktív bomlásokra utalva gyakran használják a „radionuklid” kifejezést. Azoknak, akik nemismeri, tudnia kell, hogy ez a szó olyan atomcsoportot jelöl, amely radioaktív tulajdonságokkal, saját tömegszámmal, atomszámmal és energiaállapottal rendelkezik.
Az emberi élet műszaki, tudományos és egyéb területein különféle radionuklidokat használnak. Például az orvostudományban ezeket az elemeket betegségek diagnosztizálására, gyógyszerek, eszközök és egyéb cikkek feldolgozására használják. Még számos terápiás és prognosztikai radioaktív gyógyszer is létezik.
Nem kevésbé fontos az izotóp meghatározása. Ez a szó az atomok egy speciális fajtájára utal. Ugyanaz a rendszámuk, mint egy közönséges elemnek, de más a tömegszámuk. Ezt a különbséget a neutronok száma okozza, amelyek nem befolyásolják a töltést, mint a protonok és az elektronok, hanem megváltoztatják a tömegüket. Például az egyszerű hidrogénben akár 3 is van, ez az egyetlen elem, amelynek izotópjait nevezték el: deutérium, trícium (az egyetlen radioaktív) és protium. Más esetekben a neveket az atomtömegek és a főelem szerint adjuk meg.
Alfa-bomlás
Ez egyfajta radioaktív reakció. A kémiai elemek periódusos rendszerének hatodik és hetedik periódusából származó természetes elemekre jellemző. Különösen mesterséges vagy transzurán elemekhez.
Alfa-bomlásnak kitett elemek
Az ezzel a bomlással jellemzett fémek közé tartozik a tórium, az urán és a hatodik és hetedik periódus egyéb elemei a kémiai elemek periódusos rendszeréből, bizmuttól számítva. A folyamat során a nehéz izotópok is jelen vannaktételek.
Mi történik a reakció során?
Amikor az alfa-bomlás elkezdődik, a 2 protonból és egy neutronpárból álló részecskék kibocsátása a magból. Maga a kibocsátott részecske egy hélium atom magja, tömege 4 egység, töltése +2.
Ennek eredményeként egy új elem jelenik meg, amely a periódusos rendszerben az eredetitől két cellával balra található. Ezt az elrendezést az a tény határozza meg, hogy az eredeti atom elvesztette 2 protont, és ezzel együtt - a kezdeti töltést. Ennek eredményeként a kapott izotóp tömege 4 tömegegységgel csökken a kezdeti állapothoz képest.
Példák
A bomlás során tórium képződik uránból. A tóriumból a rádium, ebből a radon, ami végül polóniumot ad, végül az ólom. Ebben a folyamatban ezeknek az elemeknek az izotópjai képződnek, és nem ők maguk. Tehát kiderül, hogy urán-238, tórium-234, rádium-230, radon-236 és így tovább, egy stabil elem megjelenéséig. Az ilyen reakció képlete a következő:
Th-234 -> Ra-230 -> Rn-226 -> Po-222 -> Pb-218
A kiválasztott alfa-részecske sebessége a kibocsátás pillanatában 12-20 ezer km/s. Vákuumban egy ilyen részecske 2 másodperc alatt megkerülné a Földet, az egyenlítő mentén mozogva.
Béta-bomlás
A részecske és az elektron közötti különbség a megjelenés helyén van. A béta-bomlás az atommagban történik, nem az azt körülvevő elektronhéjban. Az összes létező radioaktív átalakulás közül a leggyakoribb. Szinte minden jelenleg létezőben megfigyelhetőkémiai elemek. Ebből következik, hogy minden elemnek van legalább egy bomlásnak kitett izotópja. A legtöbb esetben a béta-bomlás béta-mínusz csökkenést eredményez.
Reakciófolyamat
Ebben a folyamatban egy elektron kilökődik az atommagból, ami a neutron elektronná és protonná történő spontán átalakulása következtében keletkezett. Ilyenkor a nagyobb tömeg miatt a protonok az atommagban maradnak, a béta mínusz részecskének nevezett elektron pedig elhagyja az atomot. És mivel egységenként több proton van, maga az elem magja felfelé változik, és a periódusos rendszerben az eredetitől jobbra helyezkedik el.
Példák
A béta bomlása kálium-40-nel kalcium-izotóppá alakítja, amely a jobb oldalon található. A radioaktív kalcium-47-ből szkandium-47 lesz, amely stabil titán-47-té alakulhat. Hogy néz ki ez a béta-bomlás? Képlet:
Ca-47 -> Sc-47 -> Ti-47
Egy béta részecske sebessége a fénysebesség 0,9-szerese, ami 270 000 km/s.
A természetben nincs túl sok béta-aktív nuklid. Nagyon kevés a jelentőségteljes. Példa erre a kálium-40, amely természetes keverékben csak 119/10 000. Emellett a jelentős természetes béta-mínusz aktív radionuklidok közé tartoznak az urán és a tórium alfa- és béta-bomlástermékei.
A béta-bomlásnak van egy tipikus példája: a tórium-234, amely az alfa-bomlás során protaktinium-234-té alakul, majd ugyanígy uránná válik, de a másik izotópszáma 234. Ez az urán-234 ismét az alfa miatt. bomlás váliktórium, de már ennek egy másik változata. Ebből a tórium-230-ból rádium-226 lesz, amely radonná alakul. És ugyanabban a sorrendben, egészen talliumig, csak különböző béta átmenetekkel vissza. Ez a radioaktív béta-bomlás a stabil ólom-206 képződésével zárul. Ennek az átalakításnak a következő képlete:
Th-234 -> Pa-234 -> U-234 -> Th-230 -> Ra-226 -> Rn-222 -> At-218 -> At-218 -> At-218 -> At-218 -26-434 -218 -26-343 Pb-206
A természetes és jelentős béta-aktív radionuklidok a K-40 és a talliumtól az uránig terjedő elemek.
Béta-plusz bomlás
Van egy béta plusz átalakítás is. Pozitron béta-bomlásnak is nevezik. Pozitronnak nevezett részecskét bocsát ki az atommagból. Az eredmény az eredeti elem átalakítása a bal oldali elemre, amelynek kisebb a száma.
Példa
Amikor az elektronok béta-bomlása megtörténik, a magnézium-23 a nátrium stabil izotópjává válik. A radioaktív európium-150 szamárium-150 lesz.
A létrejövő béta-bomlási reakció béta+ és béta-kibocsátást eredményezhet. A részecske szökési sebessége mindkét esetben a fénysebesség 0,9-szerese.
Egyéb radioaktív bomlások
Az alfa- és béta-bomláson kívül, amelyek képlete széles körben ismert, vannak más folyamatok is, amelyek ritkábbak és jellemzőbbek a mesterséges radionuklidokra.
Neutronbomlás. 1 egységnyi semleges részecske bocsát kitömegek. Ezalatt az egyik izotóp egy másik kisebb tömegszámúvá alakul. Példa erre a lítium-9 átalakítása lítium-8-ra, a hélium-5 átalakítása hélium-4-re.
Amikor a jód-127 stabil izotópját gamma-sugárzással besugározzuk, az 126-os izotóp lesz, és radioaktivitást kap.
Protonbomlás. Rendkívül ritka. Ezalatt egy protont bocsátanak ki, melynek töltése +1 és 1 tömegegység. Az atomtömeg egy értékkel csökken.
Minden radioaktív átalakulást, különösen a radioaktív bomlást, gamma-sugárzás formájában felszabaduló energia kíséri. Gamma-sugárzásnak hívják. Egyes esetekben alacsonyabb energiájú röntgensugárzás figyelhető meg.
Gamma-bomlás. Ez a gamma-kvantumok folyama. Ez elektromágneses sugárzás, keményebb, mint a röntgen, amelyet az orvostudományban használnak. Ennek eredményeként gamma-kvantumok jelennek meg, vagy energia áramlik az atommagból. A röntgensugarak szintén elektromágnesesek, de az atom elektronhéjából származnak.
Alfa részecskék futnak
A 4 atomegység tömegű, +2 töltésű alfa részecskék egyenes vonalban mozognak. Emiatt beszélhetünk az alfa részecskék tartományáról.
A futás értéke a kezdeti energiától függ, és 3-7 (néha 13) cm között mozog a levegőben. Sűrű közegben századmilliméter. Az ilyen sugárzás nem tud áthatolni egy laponpapír és emberi bőr.
Saját tömege és töltésszáma miatt az alfa részecske rendelkezik a legnagyobb ionizáló erővel, és mindent elpusztít, ami az útjába kerül. Ebből a szempontból az alfa radionuklidok a legveszélyesebbek az emberekre és az állatokra, ha testtel érintkeznek.
Béta-részecske-penetráció
A protonnál 1836-szor kisebb tömegszám, negatív töltés és méret miatt a béta-sugárzás gyengén hat az anyagra, amelyen átrepül, de ráadásul a repülés is hosszabb. A részecske útja sem egyenes. Ebben a vonatkozásban behatolási képességről beszélnek, amely a kapott energiától függ.
A radioaktív bomlás során keletkező béta-részecskék áthatolóereje levegőben eléri a 2,3 m-t, folyadékban centiméterben, szilárd anyagokban pedig a centiméter töredékében számolják. Az emberi test szövetei 1,2 cm mély sugárzást továbbítanak. A béta sugárzás elleni védelem érdekében egy egyszerű vízréteg 10 cm-ig szolgálhat A kellően nagy, 10 MeV bomlási energiájú részecskék áramlását az ilyen rétegek szinte teljesen elnyelik: levegő - 4 m; alumínium - 2,2 cm; vas - 7,55 mm; ólom - 5, 2 mm.
Kis méretükből adódóan a béta-sugárzás részecskéi alacsony ionizáló kapacitással rendelkeznek az alfa-részecskékhez képest. Lenyelve azonban sokkal veszélyesebbek, mint külső expozíció esetén.
A neutronok és a gamma jelenleg a legnagyobb áthatoló képességgel rendelkeznek az összes típusú sugárzás közül. E sugárzások hatótávolsága a levegőben néha eléri a tízeket és a százakatméter, de alacsonyabb ionizációs teljesítménnyel.
A gamma-sugárzás legtöbb izotópjának energiája nem haladja meg az 1,3 MeV-ot. Ritkán érik el a 6,7 MeV értéket. Ebben a tekintetben az ilyen sugárzás elleni védelem érdekében acél-, beton- és ólomrétegeket használnak a csillapítási tényezőként.
Például a kob alt-gamma-sugárzás tízszeres csillapításához körülbelül 5 cm vastag ólomárnyékolás szükséges, a 100-szoros csillapításhoz 9,5 cm. A beton árnyékolása 33 és 55 cm, a víz pedig 70 cm és 115 cm.
A neutronok ionizáló teljesítménye függ energiateljesítményüktől.
A sugárzás elleni védekezés legjobb módja minden helyzetben az, ha a lehető legtávolabb tartózkodik a forrástól, és a lehető legkevesebb időt tölt a magas sugárzású területen.
Atommagok hasadása
Az atommagok hasadása alatt spontán, vagy neutronok hatására az atommag két, megközelítőleg egyenlő méretű részre osztódását értjük.
Ez a két rész az elemek radioaktív izotópjává válik a kémiai elemek táblázatának fő részéből. A réztől a lantanidokig.
A felszabadulás során néhány plusz neutron kiszabadul, és többlet energia keletkezik gamma-kvantumok formájában, ami sokkal nagyobb, mint a radioaktív bomlás során. Tehát a radioaktív bomlás egyik aktusa során egy gamma-kvantum jelenik meg, a hasadás során pedig 8, 10 gamma-kvantum jelenik meg. Ezenkívül a szétszórt töredékek nagy kinetikus energiával rendelkeznek, amely hőindikátorokká változik.
A felszabaduló neutronok képesek kiváltani egy pár hasonló atommag szétválását, ha a közelben helyezkednek el és a neutronok eltalálják őket.
Ez felveti egy elágazó, gyorsuló láncreakció lehetőségét az atommagok felhasadásával és nagy mennyiségű energia létrehozásával.
Ha egy ilyen láncreakció ellenőrzés alatt áll, bizonyos célokra felhasználható. Például fűtésre vagy villanyra. Az ilyen folyamatokat atomerőművekben és reaktorokban hajtják végre.
Ha elveszíti az irányítást a reakció felett, atomrobbanás történik. Hasonlót használnak a nukleáris fegyverekben is.
Természetes körülmények között csak egy elem van - az urán, amelynek csak egy hasadó izotópja van 235-ös számmal. Fegyverminőségű.
Egy közönséges urán atomreaktorban a 238-as uránból, neutronok hatására, új izotópot képeznek a 239-es számon, és ebből plutóniumot, amely mesterséges és a természetben nem fordul elő. Ebben az esetben a kapott plutónium-239-et fegyvercélokra használják fel. Az atommagok hasadási folyamata minden atomfegyver és energia lényege.
Az olyan jelenségek, mint az alfa- és a béta-bomlás, amelyek képletét az iskolában tanulmányozzák, korunkban széles körben elterjedtek. Ezeknek a reakcióknak köszönhetően léteznek atomerőművek és sok más nukleáris fizikán alapuló iparág. Ne feledkezzünk meg azonban ezen elemek közül sok radioaktivitásáról. A velük végzett munka során különleges védelem és minden óvintézkedés betartása szükséges. Ellenkező esetben ez ahhoz vezethet, hogyhelyrehozhatatlan katasztrófa.
