Ce este degradarea alfa și decăderea beta? Degradarea beta, degradarea alfa: formule și reacții

Radiațiile alfa și beta în cazul general se numesc degradări radioactive. Acesta este procesul de emițător particule subatomice

Condiții de reacție

Dezintegrarea, ca și alte transformări radioactive, este naturală și artificială. Aceasta din urmă se datorează intrării unei particule străine în miez. Cat de mult decaderea alfa si beta este capabila sa se supuna unui atom depinde doar de cat de curand o stare stabila va fi atinsa.

În circumstanțe naturale, apar degradări alfa și beta-minus.

În condiții artificiale, există neutroni, positroni, protoni și alte specii mai rare de decădere și transformări ale nucleelor.

Aceste nume au dat Ernest Rutherford, implicat în studiul radiațiilor radioactive.

Diferența dintre un kernel stabil și instabil

Abilitatea de a cădea direct depinde de starea atomului. Așa-numitul nucleu "stabil" sau non-radioactiv este inerent în atomii care nu se descompun. În teorie, observarea unor astfel de elemente poate fi realizată până la infinit, pentru a se asigura în sfârșit stabilitatea lor. Acest lucru este necesar pentru a separa astfel de nuclee de cele instabile, care au un timp de înjumătățire extrem de lung.

Din greșeală, un astfel de atom "lent" poate fi considerat unul stabil. Totuși, telurul, și mai exact, numărul său de izotopi 128, care are timp de înjumătățire în 2.2middot-10²⁴ ani. Acest caz nu este unic. Lantanul-138 este supus unei perioade de înjumătățire, termenul fiind de 10¹¹ ani. Acest termen este de treizeci de ori vârsta universului existent.

Esența decăderii radioactive

Acest proces este arbitrar. Fiecare radionuclid degradant dobândește o viteză, care este o constantă pentru fiecare caz. Rata decăderii nu se poate schimba sub influența factorilor externi. Indiferent de reacția va avea loc sub influența forța gravitațională uriașă, la zero absolut, în câmpul electric și magnetic, în timpul unei reacții chimice și așa mai departe. Afectează procesul nu poate avea decât un impact direct asupra interiorului nucleului atomic, ceea ce este aproape imposibil. Reacția este spontană și depinde numai de atomul în care curge și de starea ei internă.

Când se face referire la decăderi radioactive, termenul "radionuclid" este adesea întâlnit. Cei care nu sunt familiarizați cu aceasta, trebuie să știți că acest cuvânt desemnează un grup de atomi care au proprietăți radioactive, numărul propriu de masă, numărul atomic și starea energiei.

Radionuclizii diferiți sunt utilizați în sfera tehnică, științifică și în alte domenii ale vieții umane. De exemplu, în medicină, aceste elemente sunt folosite în diagnosticarea bolilor, prelucrarea medicamentelor, a instrumentelor și a altor articole. Există chiar și o serie de radiopreparate terapeutice și prognostice.

La fel de importantă este determinarea izotopului. Acest cuvânt este un tip special de atomi. Ele au același număr atomic ca elementul obișnuit, dar un număr de masă excelent. Această diferență este cauzată de numărul de neutroni care nu afectează sarcina, cum ar fi protonii și electronii, dar schimbă masa. De exemplu, un simplu hidrogen are întreaga lor 3. Acesta este singurul element al cărui nume izotopi au fost atribuite: deuteriu-tritiu (numai radioactive) și con. În alte cazuri, numele sunt date în funcție de masele atomice și elementul principal.

Degradarea alfa

Acesta este un fel de reacție radioactivă. Caracteristic pentru elementele naturale din a șasea și a șaptea perioadă a tabelului de elemente chimice Mendeleyev. Mai ales pentru elementele artificiale sau transuranice.

Elemente supuse dezintegrării alfa

Printre metalele pentru care dezintegrarea caracteristic includ toriu, uraniu și alte elemente ale șasea și a șaptea perioadă a tabelului periodic al elementelor chimice, numărare de bismut. De asemenea, izotopii din numărul de elemente grele sunt supuși procesului.

Ce se întâmplă în timpul reacției?

În decăderea alfa, începe emisia din nucleul particulelor formate din 2 protoni și o pereche de neutroni. Partea foarte eliberată este nucleul atomului de heliu, cu o masă de 4 unități și o încărcătură de +2.

Ca rezultat, apare un nou element, care este situat în două celule din stânga sursei din tabelul periodic. Un astfel de aranjament este determinat de faptul că atomul inițial a pierdut 2 protoni și, împreună cu acesta, încărcătura inițială. Ca rezultat, masa izotopului format din 4 unități de masă scade în comparație cu starea inițială.

exemple

În timpul acestei degradări, toriu este format din uraniu. Din toriu apare radiul, din acesta - radon, care ca rezultat dă poloniu și, în final, conduce. În același timp, izotopii acestor elemente apar în proces, și nu pe ei înșiși. Astfel, produce uraniu-238, toriu-234, radum-230, radon-236 și mai departe, până la apariția unui element stabil. Formula pentru această reacție este după cum urmează:

Th-234 -> Ra-230 -> Rn-226 -> Po-222 -> Pb-218

Viteza particulelor alfa extrase la momentul emisiei este de la 12 la 20 mii km / sec. Fiind într-un vid, o astfel de particulă ar fi rotunjită pe glob în 2 secunde, deplasându-se de-a lungul ecuatorului.

Degradarea beta

Diferența dintre această particulă și electron este în locul apariției ei. Degradarea beta apare în nucleul atomului, mai degrabă decât în ​​carcasa electronică care o înconjoară. Cel mai adesea apare din toate transformările radioactive existente. Se observă în aproape toate elementele chimice existente. Rezultă că fiecare element are cel puțin un izotop dezintegrat. În majoritatea cazurilor, ca urmare a dezintegrării beta, are loc o descompunere beta-minus.

Reacția reacției

În acest proces, un electron este scos din nucleu, care rezultă din conversia spontană a unui neutron într-un electron și un proton. În același timp, protonii rămân în detrimentul unei mase mai mari în nucleu și un electron, numit o particulă beta-minus, părăsește atomul. Și din moment ce numărul de protoni a crescut cu unul, miezul elementului însuși se schimbă în partea mai mare și este situat în partea dreaptă a sursei în tabelul periodic.

exemple

Scăderea beta cu potasiu-40 îl transformă într-un izotop de calciu, care este situat în partea dreaptă. Calciul radioactiv - 47 devine scandiu-47, care se poate transforma într-un titan stabil-47. Cum arată o astfel de dezintegrare beta? formula:

Ca-47 -> Sc-47 -> Ti-47

Viteza emisiei particulei beta este de 0,9 ori viteza luminii, 270 mii km / sec.

În natura nuclidelor beta-active, nu prea mult. Semnificativ dintre ele este destul de mic. Un exemplu este potasiul-40, care în amestecul natural conține numai 119/10000. De asemenea, radionuclizii naturali beta-minus activi, printre cei semnificativi, sunt produșii de decantare alfa și beta ai uraniului și toriului.

Dezintegrarea beta este un exemplu tipic: a toriu-234, care este alfa dezintegrare este convertit în protactiniu-234, și apoi, în același mod devine uraniu, dar celălalt izotop său sub numărul 234. Acest uraniu-234 din nou din cauza dezintegrării alfa devine toriu , dar deja un alt fel de ea. Apoi acest toriu-230 devine radium-226, care se transformă în radon. Și în aceeași ordine, până la taliu, numai cu diferite tranziții beta înapoi. Această descompunere radioactivă beta se termină cu apariția unui plumb stabil 206. Această transformare are următoarea formulă:

Th-234 -> Pa-234 -> U-234 -> Th-230 -> Ra-226 -> 222-Rn -> At-218 -> Po-214 -> Bi-210 -> Pb-206

Radionuclidele beta-active naturale și semnificative sunt K-40 și elemente de la taliu la uraniu.

Dezintegrarea beta-plus

Există, de asemenea, o transformare beta-plus. De asemenea, se numește decalaj beta pozitiv. Emite o particulă din nucleu numită pozitiv. Rezultatul este transformarea elementului sursă în cel din stânga, care are un număr mai mic.

exemplu

Când se produce degradarea electronică beta, magneziu-23 devine un izotop stabil al sodiului. Radioactive-150 devine samarium-150.

Reacția de decădere beta rezultată poate crea emisii beta + și beta. Viteza de emisie a particulelor în ambele cazuri este de 0,9 ori mai mare decât viteza luminii.

Alte descompuneri radioactive

În afară de astfel de reacții ca degradarea alfa și decăderea beta, a căror formulă este cunoscută, există și alte procese mai rare și caracteristice pentru radionuclizii artificiali.

Degradarea neutronului. Se emite o particulă neutră de 1 unitate de masă. În timpul acestuia, un izotop este convertit în altul cu un număr de masă mai mic. Un exemplu este conversia litiului-9 la litiu-8, heliu-5 la heliu-4.

Când razele gamma sunt iradiate cu un izotop stabil al iodului-127, acesta devine un izotop cu numărul 126 și dobândește radioactivitate.

Degradarea protonilor. Este extrem de rar. În timpul acestui proces, se emite un proton care are o încărcătură de +1 și 1 unitate de masă. Greutatea atomică devine mai mică cu o valoare.

Orice transformare radioactivă, în special decăderea radioactivă, este însoțită de eliberarea energiei sub forma radiației gamma. Se numește quanta gamma. În unele cazuri, se observă raze X, care au o energie mai mică.

Gamma degradare. Este un flux de quanta gamma. Este radiație electromagnetică, mai rigidă decât raze X, care este utilizată în medicină. Ca rezultat, apar quanta gamma sau fluxuri de energie din nucleul atomic. Radiațiile cu raze X sunt, de asemenea, electromagnetice, dar apar din cochilii de electroni ai unui atom.

Kilometri de particule alfa

Particulele alfa cu o masă de 4 unități atomice și o încărcătură de +2 se deplasează rectiliniu. Din această cauză putem vorbi despre calea particulelor alfa.

Valoarea kilometrajului depinde de energia inițială și variază de la 3 la 7 (uneori 13) cm în aer. Într-un mediu dens, o suta de milimetru. O astfel de radiație nu poate penetra o coală de hârtie și pielea umană.

Datorită propriului număr de masă și încărcătură, particula alfa are cea mai mare capacitate de ionizare și distruge totul pe drum. În acest sens, alfa-radionuclizii sunt cei mai periculoși pentru oameni și animale atunci când sunt expuși la organism.

Penetrarea particulelor beta

Din cauza numărului mic de masă, care este de 1836 de ori mai mic decat un proton, și măsurarea sarcinii negative, radiații beta are un efect redus asupra substanței, prin care zboara, dar, în plus, zbor mai lung. De asemenea, calea particulei nu este rectilinie. În acest sens, vorbiți despre capacitatea de penetrare, care depinde de energia primită.

Puterile de penetrare a particulelor beta care au apărut în timpul decăderii radioactive în aer ajung la 2,3 m, în numărarea lichidelor se efectuează în centimetri, iar în solide - în fracțiuni de un centimetru. Țesuturile corpului uman transmit radiații la o adâncime de 1,2 cm. Pentru a proteja împotriva radiațiilor beta poate servi ca un strat de apă simplu la fluxul de particule de 10 cm, la o energie suficient de mare de degradare la 10 MeV aproape toate absorbit astfel de straturi: a aerului - 4 aluminiu m- - fier 2,2 cm - 7,55 mm-. plumb - 5,2 mm.

Având în vedere mărimea mică, particulele de radiație beta au o capacitate scăzută de ionizare în comparație cu particulele alfa. Cu toate acestea, dacă sunt ingerate, sunt mult mai periculoase decât în ​​timpul expunerii externe.

Cei mai mari indicatori de penetrare în rândul tuturor tipurilor de radiații au în prezent neutroni și gamma. Rularea acestor emisii în aer ajunge uneori la zeci și sute de metri, dar cu mai puțini parametri ionizatori.

Majoritatea izotopilor cu raze gama în energie nu depășesc 1,3 MeV. Ocazional, sunt atinse valori de 6,7 MeV. În acest sens, pentru a proteja împotriva unei astfel de radiații, straturile de oțel, beton și plumb sunt utilizate pentru multiplicitatea atenuării.

De exemplu, pentru a se desface de zece ori de radiații gamma cobalt necesită o grosime de ecranare de plumb de aproximativ 5 cm, la o atenuare de 100 de ori este necesar 9.5 cm Protecție beton să fie de 33 și 55 cm, și apă -. 70 și 115 cm.

Indicii ionizatori ai neutronilor depind de parametrii lor de energie.

În orice situație, cea mai bună metodă de protecție din radiație va fi distanța maximă de la sursă și cât mai puțin posibilă distracție în zona de radiație înaltă.

Fisiunea nucleelor ​​atomice

dedesubt fisiune de nuclee atomi se înțelege spontan sau sub influența neutronilor, separarea kernelului în două părți, aproximativ egale în mărime.

Aceste două părți devin izotopi radioactivi ai elementelor din partea principală a tabelului de elemente chimice. Începeți de la cupru la lantanide.

În timpul extracției, o pereche de neutroni inutili se izbucnesc și se produce un exces de energie sub formă de quanta gamma, care este mult mai mare decât în ​​decăderea radioactivă. Astfel, cu un act de decădere radioactivă, apare un quantum gamma, iar în timpul actului de fisiune apar 8.10 ga quanta. De asemenea, fragmentele împrăștiate au o mare energie cinetică, care se traduce în indicii termici.

Neutronii eliberați sunt susceptibile să provoace separarea perechilor de nuclee analoage în cazul în care acestea sunt situate în apropierea și neutronii în acesta a lovit.

În acest sens, există probabilitatea de ramificare, reacția în lanț de separare accelerată a nucleelor ​​atomice și generează o mare cantitate de energie.

Atunci când o astfel de reacție în lanț este controlată, ea poate fi utilizată în anumite scopuri. De exemplu, pentru încălzire sau electricitate. Astfel de procese se desfășoară la centrale nucleare și reactoare.

Dacă pierzi controlul asupra reacției, atunci va exista o explozie atomică. Similar se folosește și în armele nucleare.

există doar un element in vivo - uraniu având doar un singur fisionabil izotop numărul 235. Este o armă.

Într-un reactor nuclear uraniu obișnuit de uraniu-238 sub influența formei de neutroni nou izotop nr.239, și din ea - plutoniu, care este artificială și nu a fost găsit in vivo. În acest caz, plutoniul-239 apărut este folosit pentru arme. Acest proces de fisiune nucleară este esența tuturor armelor și energiei atomice.

Astfel de fenomene ca degradarea alfa și decăderea beta, a căror formulă este studiată în școală, sunt răspândite în timpurile noastre. Datorită acestor reacții, există centrale nucleare și multe alte industrii bazate pe fizica nucleară. Cu toate acestea, nu uitați de radioactivitatea multor astfel de elemente. Când lucrați cu ei necesită o protecție specială și respectarea tuturor precauțiilor. În caz contrar, poate duce la un dezastru ireparabil.