Как найти альфа излучение

Альфа-частица
α, α2+, He2+
Alpha Decay.svg

Альфа-частица

Ядро изотопа Гелий-4 ( textstyle {{}_{2}^{4}{mathrm  {He}}^{{2+}}})
Химический элемент Гелий
Состав 2 протона, 2 нейтрона
Семья Бозон
Магнитный момент 0
Электрический квадрупольный момент 0
Массовое число (барионное число) 4
Масса 3,727 379 4066(11) ГэВ (около 6,644 656⋅10−27 кг)
Масса, а.е.м. 4,001 506 179 127(63)
Энергия связи 28,3 МэВ (7,1 МэВ на нуклон)[1]
Время жизни Стабильна
Чётность +
Квантовые числа
Электрический заряд 2
Спин 0
Изотопический спин 0
Гиперзаряд 4

А́льфа-части́ца (α-частица) — положительно заряженная частица, образованная двумя протонами и двумя нейтронами; ядро атома гелия-4
( textstyle {{}_{2}^{4}{mathrm  {He}}^{{2+}}}).
Впервые обнаружены Э. Резерфордом в 1899 году[1]. Альфа-частицы могут вызывать ядерные реакции; в первой искусственно вызванной ядерной реакции, проведённой Э. Резерфордом в 1919 году (превращение ядер азота в ядра кислорода) участвовали именно альфа-частицы. Поток альфа-частиц называют альфа-лучами[2] или альфа-излучением[3].

Образование[править | править код]

Альфа-частицы возникают при альфа-распаде ядер, при ядерных реакциях и в результате полной ионизации атомов гелия-4. Например, в результате взаимодействия ядра лития-6 с дейтроном могут образоваться две альфа-частицы: 6Li + 2H = 4He + 4He. Альфа-частицы составляют существенную часть первичных космических лучей; большинство из них являются ускоренными ядрами гелия из звёздных атмосфер и межзвёздного газа, некоторые возникли в результате ядерных реакций скалывания из более тяжёлых ядер космических лучей. Альфа-частицы высоких энергий могут быть получены с помощью ускорителей заряженных частиц.

Свойства[править | править код]

Масса альфа-частицы составляет 4,001 506 179 127(63) атомной единицы массы[4] (6,644 657 3357(20)⋅10−27 кг), что эквивалентно энергии 3727,379 4066(11) МэВ[5]. Спин и магнитный момент равны нулю. Энергия связи (выраженная в энергетических единицах разница между суммарной массой двух протонов и двух нейтронов и массой альфа-частицы) составляет 28,295 6108(16) МэВ (7,073 9027(4) МэВ на нуклон)[6][7]. Избыток массы составляет 2424,9158(1) кэВ[8]. Заряд альфа-частицы положителен и равен удвоенному элементарному заряду, или примерно 3,218·10−19 Кл.

Проникающая способность[править | править код]

Тяжёлые заряженные частицы взаимодействуют в основном с атомными электронами и поэтому мало отклоняются от направления своего первоначального движения. Вследствие этого пробег тяжёлой частицы R измеряют расстоянием по прямой от источника частиц до точки их остановки. Обычно пробег измеряется в единицах длины (м, см, мкм), а также поверхностной плотности материала (или, что равнозначно, длины пробега, умноженной на плотность) (г/см2). Выражение пробега в единицах длины имеет смысл для фиксированной плотности среды (например, часто в качестве среды выбирается сухой воздух при нормальных условиях). Физический смысл пробега в терминах поверхностной плотности — масса единицы площади слоя, достаточного для остановки частицы.

Длина пробега α-частицы в зависимости от её энергии и среды

Среда Энергия α-частиц, МэВ
4 6 8 10
Длина пробега α-частицы, мм
Воздух при нормальных условиях 25 46 74 106
Биологическая ткань 0,031 0,056 0,096 0,130
Алюминий 0,016 0,030 0,048 0,069

Детектирование[править | править код]

Детектируются альфа-частицы с помощью сцинтилляционных детекторов, газоразрядных детекторов, кремниевых pin-диодов (поверхностно-барьерных детекторов, нечувствительных к бета- и гамма-излучению) и соответствующей усилительной электроники, а также с помощью трековых детекторов. Для детектирования альфа-частиц с энергиями, характерными для радиоактивного распада, необходимо обеспечить малую поверхностную плотность экрана, отделяющего чувствительный объём детектора от окружающей среды. Например, в газоразрядных детекторах может устанавливаться слюдяное окно с толщиной в несколько микрон, проницаемое для альфа-частиц. В полупроводниковых поверхностно-барьерных детекторах такой экран не нужен, рабочая область детектора может непосредственно контактировать с воздухом. При детектировании альфа-активных радионуклидов в жидкостях исследуемое вещество смешивается с жидким сцинтиллятором.

В настоящее время наиболее распространены кремниевые поверхностно-барьерные детекторы альфа-частиц, в которых на поверхности полупроводникового кристалла с проводимостью p-типа создаётся тонкий слой с проводимостью n-типа путём диффузионного введения донорной примеси (например, фосфора). Приложение обратного смещения к p-n-переходу обедняет чувствительную область детектора носителями заряда. Попадание в эту область альфа-частицы, ионизирующей вещество, вызывает рождение нескольких миллионов электронно-дырочных пар, которые вызывают регистрируемый импульс тока с амплитудой, пропорциональной количеству родившихся пар и, соответственно, кинетической энергии поглощённой альфа-частицы. Поскольку обеднённая область имеет очень малую толщину, детектор чувствителен лишь к частицам с высокой плотностью ионизации (альфа-частицы, протоны, осколки деления, тяжёлые ионы) и малочувствителен к бета- и гамма-излучению.

Воздействие на электронику[править | править код]

Вышеописанный механизм рождения электронно-дырочных пар альфа-частицей в полупроводниках может вызвать несанкционированное переключение полупроводникового триггера при попадании альфа-частицы с достаточной энергией на кремниевый чип. При этом единичный бит в памяти заменяется нулевым (или наоборот). Для уменьшения количества таких ошибок материалы, используемые в производстве микросхем, должны обладать низкой собственной альфа-активностью.

Воздействие на человека[править | править код]

Альфа-частицы, образованные при распаде ядра, имеют начальную кинетическую энергию в диапазоне 1,8—15 МэВ[9]. 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 ороговевшего 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[10], 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. В то же время для более высокоэнергичных альфа-частиц линейная передача энергии значительно меньше, поэтому относительная биологическая эффективность альфа-частиц с энергиями 200 МэВ и выше 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[11].

Гораздо бо́льшую опасность для человека представляют α-частицы, возникающие при альфа-распаде радионуклидов, попавших внутрь организма (в частности, через дыхательные пути или пищеварительный тракт)[12]. Достаточно микроскопического количества α-радиоактивного вещества (например полония-210), чтобы вызвать у пострадавшего острую лучевую болезнь, зачастую с летальным исходом[12].

См. также[править | править код]

  • Альфа-распад
  • Бета-частица
  • Гамма-излучение
  • Гелион
  • Нейтрон
  • Ядерная реакция

Примечания[править | править код]

  1. 1 2 Оглоблин А. А., Ломанов М. Ф. АЛЬФА-ЧАСТИЦА // Большая российская энциклопедия. Электронная версия (2016); https://old.bigenc.ru/physics/text/1816460 Архивная копия от 27 марта 2022 на Wayback Machine Дата обращения: 27.03.2022
  2. Гордиенко В. А. Введение в экологию (15 мая 2012). Дата обращения: 27 марта 2022. Архивировано 27 марта 2022 года.
  3. Взаимодействие частиц с веществом Архивная копия от 18 июля 2012 на Wayback Machine.
  4. Alpha particle mass in u Архивная копия от 30 октября 2021 на Wayback Machine. 2018 CODATA recommended values.
  5. Alpha particle mass energy equivalent in MeV Архивная копия от 23 марта 2021 на Wayback Machine. 2018 CODATA recommended values.
  6. Meng Wang, Huang W. J., Kondev F. G., Audi G., Naimi S. The Ame2020 atomic mass evaluation (II). Tables, graphs and references (англ.) // Chinese Physics C. — 2021. — Vol. 43, iss. 3. — P. 030003-1—030003-512. — doi:10.1088/1674-1137/abddaf.
  7. Обратите внимание, что в базах данных Nubase2020 и AME 2020 указаны массы и производные величины в отношении нейтрального невозбуждённого атома гелия-4; для пересчёта к альфа-частице (дважды ионизированному атому гелия-4) необходимо вычесть массы двух электронов 2 × 0,510 998 950 00(15) МэВ и прибавить их энергию связи в низшем состоянии, 0,000 079 005 МэВ.
  8. Kondev F. G., Wang M., Huang W. J., Naimi S., Audi G. The Nubase2020 evaluation of nuclear properties (англ.) // Chinese Physics C. — 2021. — Vol. 45, iss. 3. — P. 030001-1—030001-180. — doi:10.1088/1674-1137/abddae.Открытый доступ
  9. В некоторых случаях при альфа-распаде ядро, излучающее альфа-частицу, может вначале перейти в возбуждённое состояние. При этом энергия испускаемой альфа-частицы оказывается меньше, чем при переходе на основной уровень дочернего ядра, поскольку часть энергии остаётся в ядре. Возбуждённый уровень впоследствии распадается в основное состояние ядра, а энергия уносится гамма-квантом или передаётся электронам атомной оболочки (см. Внутренняя конверсия). Однако вероятность перехода ядра при альфа-распаде на возбуждённый уровень, как правило, сильно подавлена, что связано с экспоненциальным уменьшением вероятности альфа-распада при уменьшении кинетической энергии излучаемых альфа-частиц.
  10. Публикация 103 Международной Комиссии по радиационной защите (МКРЗ). Пер с англ. / Под общей ред. М. Ф. Киселёва и Н. К. Шандалы. — М.: Изд. ООО ПКФ «Алана», 2009. — С. 68—71. — 1000 экз. — ISBN 978-5-9900350-6-5.
  11. Василенко О. И., Ишханов Б. С.Капитонов И. М.Селиверстова Ж. М., Шумаков А. В. Радиация. — М.: Изд-во Московского университета, 1996.
  12. 1 2 Би-Би-Си: «Суду рассказали, как в теле Литвиненко нашли полоний». Дата обращения: 29 января 2015. Архивировано 31 января 2015 года.

Литература[править | править код]

  • Кра­са­вин Е. А. Про­бле­мы ОБЭ и ре­пара­ция ДНК. — М., 1989.

Альфа-излучение


Альфа-излучение

4.5

Средняя оценка: 4.5

Всего получено оценок: 208.

4.5

Средняя оценка: 4.5

Всего получено оценок: 208.

Одним из видов радиоактивного излучения является альфа-излучение. Это излучение сопровождает радиоактивный распад практически всех ядер тяжелее свинца. Познакомимся со свойствами и характеристиками альфа-излучения.

Открытие альфа-излучения

Радиоактивность (способность некоторых химических элементов самопроизвольно превращаться в другие элементы, излучая при этом невидимые лучи) была открыта в конце XIX в. Невидимые лучи обнаруживались по воздействию на фотопластинку, и для определения их состава в 1899 г. Э. Резерфорд поставил специальный эксперимент.

Рис. 1. Опыт Резерфорда по радиоактивности 1899.

Свинцовый контейнер с солью радия (или другим радиоактивным препаратом) имеет специальное окно, через которое излучение попадает на фотопластинку. Если в этом излучении имеются заряженные частицы, то, создав на их пути магнитное поле, можно отклонить траектории их движения. В результате, след на фотопластинке будет сдвинут.

После проведения опыта оказалось, что след на пластинке распался на три области. Две области были смещены в разных направлениях на разные расстояния, и на прежнем месте также осталась засвеченная область.

Это означает, что в радиоактивном излучении присутствуют частицы трех видов. Пятно с небольшим сдвигом оставляют тяжелые положительные частицы, пятно с большим противоположным сдвигом — легкие отрицательные. Частицы, образовавшие пятно на прежнем месте, — электрически нейтральны.

Тяжелые положительные частицы были названы альфа-частицами, легкие отрицательные — бета-частицами, нейтральные частицы — гамма-частицами.

По отклонению альфа-частиц в магнитных и электрических полях можно было установить отношение заряда частиц к их массе. Оно оказалось в два раза меньше, чем у атомов водорода (протонов).

Для измерения заряда альфа-частицы использовался счетчик Гейгера, совмещенный с электроскопом. Счетчик Гейгера регистрировал количество альфа-частиц, а электроскоп — получаемый при этом заряд.

Выяснилось, что альфа-частица имеет удвоенный заряд протона, а их масса вчетверо больше массы атома водорода. Такие характеристики имеет элемент гелий. То есть альфа-лучи являются ядрами гелия. Собирая альфа-частицы в течение нескольких дней и проводя спектральный анализ, Э. Резерфорд доказал это экспериментально.

Альфа-радиоактивные ядра

Исследования показывают, что ядро гелия обладает очень высокой стабильностью. Именно поэтому при распаде от нестабильных тяжелых ядер чаще всего отрываются не отдельные протоны или нейтроны, а устойчивая система из четырех нуклонов (двух протонов и двух нейтронов). Практически все элементы с атомным весом более 200 являются альфа-радиоактивными: к примеру, элементы уран, радий, торий испускают альфы-лучи.

При альфа-распаде элемент уменьшает свой номер в Периодической системе Менделеева на 2 единицы, а его атомный вес уменьшается на 4 единицы.

Радиоактивные ряды

Рис. 2. Радиоактивные ряды.

Свойства альфа-лучей

Поскольку альфа-частицы имеют большую массу и электрический заряд, их проникающая способность невелика. Даже в воздухе в нормальных условиях альфа-частицы полностью останавливаются через несколько десятков сантиметров. Металлическая фольга толщиной 0,1 мм полностью задерживает поток альфа-частиц. Даже попадая на открытую биологическую ткань, альфа-частицы задерживаются уже кожей.

Однако при своем движении альфа-частицы сильно ионизируют вещество. Поэтому попадание альфа-радиоактивного препарата внутрь организма приводит к серьезным внутренним ожогам и нарушению жизнедеятельности органов.

Эта же высокая способность к ионизации приводит к сильному влиянию альфа-излучения на электронные компоненты техники. Поэтому все они при необходимости должны быть защищены металлическими экранами.

Альфа-лучи

Рис. 3. Альфа-лучи.

Заключение

Что мы узнали?

Альфа-излучение представляет собой поток ядер гелия. Ядро гелия имеет высокую энергетическую стабильность, поэтому большинство тяжелых элементов с атомным весом более 200 испускают не отдельные протоны или нейтроны, а альфа-частицы. Альфа-лучи обладают невысокой проникающей способностью, однако сильно ионизируют вещество при облучении.

Тест по теме

Доска почёта

Доска почёта

Чтобы попасть сюда – пройдите тест.

    Пока никого нет. Будьте первым!

Оценка доклада

4.5

Средняя оценка: 4.5

Всего получено оценок: 208.


А какая ваша оценка?

Alpha Particle - Interaction with MatterDetection of alpha radiation is very specific because alpha particles travel only a few centimeters in the air but deposit all their energies along their short paths. Thus the amount of energy transferred is very high.

To describe the principles of detection of alpha radiation, we must understand the interaction of radiation with matter. Each type of particle interacts differently; therefore, we must describe the interaction of alpha particles (radiation as a flow of these particles) separately.

Interaction of Heavy Charged Particles with Matter

Alpha radiation consists of alpha particles at high energy/speed, and the production of alpha particles is termed alpha decay. Alpha particles consist of two protons and two neutrons bound together into a particle identical to a helium nucleus. Alpha particles are relatively large and carry a double positive charge, and they are not very penetrating, and a piece of paper can stop them. In general, heavy charged particles transfer energy mostly by:

  • Excitation. The charged particle can transfer energy to the atom, raising electrons to higher energy levels.
  • Ionization. Ionization can occur when the charged particle has enough energy to remove an electron, creating ion pairs in surrounding matter.

The distance required to bring the particle to rest referred to as its range. The range of heavy charged particles in solids amounts to only a few microns, and thus most of the energy of these particles is converted to heat very close to the point of its creation. In the case of gases, the range increases to a few centimeters in dependence on gas parameters (density, type of gas, etc.)  This distance is very important for detectors and significantly determines the design of all detectors. The trajectory of heavy charged particles in the materials is not greatly affected because they mostly interact with light atomic electrons. Other charged particles, such as the protons, behave similarly with one exception – the ranges are somewhat longer for lighter charged particles.

A convenient variable that describes the ionization properties of the surrounding medium is the stopping power, and the classical expression describing the specific energy loss is the Bethe formula. For alpha particles and heavier particles, the stopping power of most materials is very high for heavy charged particles, and these particles have very short ranges. For example, the range of a 5 MeV alpha particle is approximately only 0,002 cm in aluminium alloy. An ordinary sheet of paper or living tissue can stop most alpha particles.

Detectors of Alpha Radiation

Detectors may also be categorized according to sensitive materials and methods that can be utilized to make a measurement:

  • Gaseous Ionization Detectors
  • Scintillation Detectors
  • Semiconductor Detectors

Detection of Alpha Radiation using Ionization Chamber

ionization chamber - basic principleFor alpha and beta particles to be detected by ionization chambers, they must be given a thin window. This “end-window” must be thin enough for the alpha and beta particles to penetrate. However, a window of almost any thickness will prevent an alpha particle from entering the chamber. The window is usually made of mica with a density of about 1.5 – 2.0 mg/cm2. But it does not mean an ionization chamber cannot detect alpha radiation.

For example, in some kinds of smoke detectors, you can meet artificial radionuclides such as americium-241, a source of alpha particles. The smoke detector has two ionization chambers, one open to the air and a reference chamber that does not allow the entry of particles. The radioactive source emits alpha particles into both chambers, which ionizes some air molecules. The free-air chamber allows the entry of smoke particles into the sensitive volume and changes the attenuation of alpha particles. If any smoke particles enter the free-air chamber, some ions will attach to the particles and not be available to carry the current in that chamber. An electronic circuit detects that a current difference has developed between the open and sealed chambers and sounds the alarm.

Detection of Alpha Radiation using Geiger-Mueller Counter

Geiger counters are mainly used for portable instrumentation due to their sensitivity, simple counting circuit, and ability to detect low-level radiation. Although the major use of Geiger counters is probably in individual particle detection, they are also found in gamma survey meters. They can detect almost all types of radiation, but there are slight differences in the Geiger-Mueller tube. However, the Geiger-Müller tube produces a pulse output of the same magnitude for all detected radiation, so a Geiger counter with an end window tube cannot distinguish between alpha and beta particles.

End-Window type

For alpha and beta particles to be detected by Geiger counters, they must be given a thin window. This “end-window” must be thin enough for the alpha and beta particles to penetrate. However, a window of almost any thickness will prevent an alpha particle from entering the chamber. The window is usually made of mica with a density of about 1.5 – 2.0 mg/cm2 to allow low-energy beta particles (e.g., from carbon-14) to enter the detector. The efficiency reduction for alpha is due to the attenuation effect of the end window, though the distance from the surface being checked also has a significant effect. Ideally, a source of alpha radiation should be less than 10mm from the detector due to attenuation in the air.

Detection of Alpha using Scintillation Counter

Scintillation counters are used to measure radiation in various applications, including hand-held radiation survey meters, personnel and environmental monitoring for radioactive contamination, medical imaging, radiometric assay, nuclear security, and nuclear plant safety. They are widely used because they can be made inexpensively yet with good efficiency and can measure both the intensity and the energy of incident radiation.

Scintillation counters can be used to detect alpha, beta, and gamma radiation, and they can also be used for the detection of neutrons. For these purposes, different scintillators are used:

Alpha Particles and Heavy Ions. Due to the very high ionizing power of heavy ions, scintillation counters are usually not ideal for detecting heavy ions. For equal energies, a proton will produce 1/4 to 1/2 the light of an electron, while alpha particles will produce only about 1/10 the light. Where needed, inorganic crystals, e.g., CsI(Tl) and ZnS(Ag) (typically used in thin sheets as α-particle monitors), should be preferred to organic materials. Pure CsI is a fast and dense scintillating material with a relatively low light yield that increases significantly with cooling. The drawbacks of CsI are a high-temperature gradient and a slight hygroscopicity.

Detection of Alpha using Semiconductors – Silicon Strip Detectors

silicon strip detector - semiconductors

Silicon Strip Detector Source: micronsemiconductor.co.uk

Silicon-based detectors are very good for tracking charged particles. A silicon strip detector is an arrangement of strip-like shaped implants acting as charge-collecting electrodes.

Silicon strip detectors 5 x 5 cm2 in the area are quite common and are used in series (just like planes of MWPCs) to determine charged-particle trajectories to position accuracies of the order of several μm in the transverse direction. These implants form a one-dimensional array of diodes on a low-doped, fully depleted silicon wafer. A position-sensitive detector is built by connecting each metalized strip to a charge-sensitive amplifier. Two-dimensional position measurements can be achieved by applying additional strip-like doping on the wafer backside using double-sided technology. Such devices can measure small impact parameters and thereby determine whether some charged particle originated from a primary collision or was the decay product of a primary particle that traveled a small distance from the original interaction and then decayed.

References:

Radiation Protection:

  1. Knoll, Glenn F., Radiation Detection and Measurement 4th Edition, Wiley, 8/2010. ISBN-13: 978-0470131480.
  2. Stabin, Michael G., Radiation Protection, and Dosimetry: An Introduction to Health Physics, Springer, 10/2010. ISBN-13: 978-1441923912.
  3. Martin, James E., Physics for Radiation Protection 3rd Edition, Wiley-VCH, 4/2013. ISBN-13: 978-3527411764.
  4. U.S.NRC, NUCLEAR REACTOR CONCEPTS
  5. U.S. Department of Energy, Instrumentation, and Control. DOE Fundamentals Handbook, Volume 2 of 2. June 1992.

Nuclear and Reactor Physics:

  1. J. R. Lamarsh, Introduction to Nuclear Reactor Theory, 2nd ed., Addison-Wesley, Reading, MA (1983).
  2. J. R. Lamarsh, A. J. Baratta, Introduction to Nuclear Engineering, 3d ed., Prentice-Hall, 2001, ISBN: 0-201-82498-1.
  3. W. M. Stacey, Nuclear Reactor Physics, John Wiley & Sons, 2001, ISBN: 0- 471-39127-1.
  4. Glasstone, Sesonske. Nuclear Reactor Engineering: Reactor Systems Engineering, Springer; 4th edition, 1994, ISBN: 978-0412985317
  5. W.S.C. Williams. Nuclear and Particle Physics. Clarendon Press; 1 edition, 1991, ISBN: 978-0198520467
  6. G.R.Keepin. Physics of Nuclear Kinetics. Addison-Wesley Pub. Co; 1st edition, 1965
  7. Robert Reed Burn, Introduction to Nuclear Reactor Operation, 1988.
  8. U.S. Department of Energy, Nuclear Physics and Reactor Theory. DOE Fundamentals Handbook, Volume 1 and 2. January 1993.
  9. Paul Reuss, Neutron Physics. EDP Sciences, 2008. ISBN: 978-2759800414.

Альфа-излучение (альфа-лучи, α-лучи), образование, биологическая опасность и защита.

Альфа-излучение (альфа-лучи, α-лучи) – это поток ядер атомов гелия-4, имеющих положительный заряд, т.е. поток альфа-частиц.

Альфа-излучение (альфа-лучи, α-лучи)

Свойства альфа-частиц

Возникновение и образование альфа-излучения

Свойства альфа-излучения

Биологический эффект и опасность альфа-излучения

Применение альфа-излучения

Альфа-излучение (альфа-лучи, α-лучи):  

Альфа-излучение (альфа-лучиα-лучи) – это потоки высокоэнергетических ядер, состоящих из двух протонов и двух нейтронов.

Альфа-излучение (альфа-лучи, α-лучи) – это поток ядер атомов гелия-4, имеющих положительный заряд, т.е. поток альфа-частиц.

Альфа-частица (α-частица) –  ядро атома гелия-4 –  42He2+, образовано двумя протонами и двумя нейтронами.

Альфа-излучение (альфа-лучи, α-лучи) –  это ионизирующее излучение, обычно возникающее при альфа-распаде – одном из типов радиоактивного распада атомных ядер. Альфа-излучение также может быть получено другими способами – при ядерных реакциях и в результате полной ионизации атомов гелия-4.

Альфа-излучение  относится к ионизирующим излучениям, то есть к излучениям, взаимодействие которых с веществом способно приводить к образованию ионов разных знаков.

Альфа-частицы могут вызывать ядерные реакции. В первой искусственно вызванной ядерной реакции, проведённой Э. Резерфордом в 1919 году (превращение ядер азота в ядра кислорода) участвовали именно альфа-частицы.

Название альфа-лучей происходит от деления ионизирующего излучения на альфа-излучение, бета-излучение и гамма-излучение в соответствии с их возрастающей способностью проникать в материю. Альфа- и бета-лучи состоят из заряженных частиц и поэтому взаимодействуют с материей значительно сильнее, чем незаряженные фотоны или кванты гамма-излучения. Соответственно, последние имеют значительно более высокую проникающую способность.

Бета-излучение (β-лучи) являют собой поток электронов – е (частиц с отрицательным зарядом) или позитронов – p (соответственно, частиц с положительным зарядом).

Гамма-излучение (γ-лучи) представляет собой поток фотонов, имеющих высокую энергию (гамма-квантов). Энергия гамма-квантов может составлять от нескольких сотен килоэлектронвольт (кэВ) до нескольких сотен гигаэлектронвольт (ГэВ) и выше. Последнее (сверхвысокие значения энергий гамма-лучей) характерно для космических лучей.  Так, очень высокоэнергетические гамма-лучи в диапазоне 100-1000 тераэлектронвольт (ТэВ) наблюдались от таких источников, как микроквазар Cygnus X-3 .

Впервые альфа-частицы обнаружены Э. Резерфордом в 1899 году и названы им по первой букве греческого алфавита.

Свойства альфа-частиц:

Масса альфа-частицы составляет 4,001506179127(63) атомной единицы массы или около 6,6446573357(20)⋅10−27 кг), что эквивалентно энергии 3727,3794066(11) МэВ или 3,7273794066(11) ГэВ.

Спин и магнитный момент альфа-частицы равны нулю.

Энергия связи (выраженная в энергетических единицах разница между суммарной массой двух протонов и двух нейтронов и массой альфа-частицы) составляет 28,2956108(16) МэВ (7,0739027(4) МэВ на нуклон).

Избыток массы составляет 2424,9158(1) кэВ.

Заряд альфа-частицы положителен и равен удвоенному элементарному заряду, или примерно 3,218·10−19 Кл.

Энергия испускаемых альфа-частиц варьируется в диапазоне 1,8—15 МэВ, но большинство альфа-частиц имеют энергию от 3 до 7 МэВ. Альфа-частицы с более высокой энергией испускаются из более крупных ядер.

С кинетической энергией 5 МэВ скорость испускаемых альфа-частиц составляет 15 000 км/с, что составляет 5% от скорости света. Альфа-частицы имеют меньшую скорость, чем любой другой распространенный тип излучения.

Возникновение и образование альфа-излучения:

Альфа-излучение обычно возникает при альфа-распаде тяжелых (атомный вес> 106 ед) атомов. Альфа-частицы обычно испускаются всеми более крупными радиоактивными ядрами, такими как уран, торий, актиний и радий, а также трансурановыми элементами. В отличие от других типов распада, альфа-распад как процесс должен иметь атомное ядро минимального размера, которое может его поддерживать. Наименьшими ядрами, которые на сегодняшний день были обнаружены способными к альфа-излучению, являются бериллий-8 и самые легкие нуклиды теллура с массовыми числами от 104 до 109.

Когда атом испускает альфа-частицу при альфа-распаде, массовое число атома уменьшается на четыре из-за потери четырех нуклонов в альфа-частице. Атомный номер атома уменьшается на два, в результате потери двух протонов – атом становится новым элементом.

Альфа-распад иногда оставляет ядро в возбужденном состоянии; последующее испускание гамма-излучения затем удаляет избыточную энергию.

Свойства альфа-излучения:

– альфа-лучи имеют меньшую глубину проникновения в вещество, чем другие типы излучения. Глубина проникновения зависит от плотности окружающей среды в каждом конкретном случае. Из-за своей относительно большой массы альфа-частицы могут быть остановлены листом бумаги или мёртвым слоем кожи, и не могут пройти сквозь твердые предметы, такие как металл или стекло.

Длина пробега α-частицы в зависимости от её энергии и среды
Среда Энергия α-частиц, МэВ
4 6 8 10
Длина пробега α-частицы, мм
Воздух при нормальных условиях 25 46 74 106
Биологическая ткань 0,031 0,056 0,096 0,130
Алюминий 0,016 0,030 0,048 0,069

Таким образом, даже листа бумаги или десяти сантиметров воздуха, как правило, достаточно для полной защиты от альфа-излучения;

– альфа-лучи содержат заряженные частицы и поэтому отклоняются электрическими и магнитными полями;

– альфа-излучение при прохождении через вещество вызывает сильную ионизацию атомов вещества, и в результате этого очень быстро теряет энергию. Среди других типов ионизирующего излучения альфа-излучение обладает самым большим ионизирующим эффектом, чем бета-излучение или гамма-излучение. Больший ионизирующий эффект означает следующее: чем выше ионизирующий эффект, тем сильнее повреждение живой ткани, но также и тем ниже проникающая способность излучения;

– альфа-излучение, воздействуя на живой организм, вызывает хроническую и острую лучевую болезнь, а также смерть.

Биологический эффект и опасность альфа-излучения:

Альфа-излучение при внешнем облучении по большей части не представляет опасность для жизни и здоровья, поскольку энергии альфа-частиц, возникающих в результате радиоактивного распада – до 3 МэВ, не хватает даже для преодоления мёртвого слоя кожи. Они (альфа-частицы) остаются в верхних омертвевших слоях кожи из-за своей малой глубины проникновения.

Хотя следует помнить, что многие источники альфа-излучения излучают также гораздо более проникающие и опасные типы излучения: бета-частицы, гамма-кванты, иногда нейтроны.

Внешнее альфа-облучение опасно для жизни и здоровья только в случае высокоэнергетичных альфа-частиц (с энергией, достаточной для преодоления омертвевшего рогового слоя кожного покрова), источником которых является, как правило, ускоритель.

Особую опасность для жизни и здоровья представляет также внутреннее облучение альфа-излучением, альфа-частицами – проникновение альфа-активных радионуклидов внутрь тела через дыхательные пути или пищеварительный тракт, в результате чего облучению подвергаются непосредственно живые ткани организма. В этом случае облучение альфа-частицами может вызвать хроническую и острую лучевую болезнь, а в некоторых случаях – и смерть. Альфа-излучение в 20 раз больше оказывает разрушительное действие на организм человека, чем гамма-излучение или бета-излучение равной энергии.

Применение альфа-излучения:

– в медицине при лечении рака;

– для устранения статического электричества;

– в качестве источника питания в различных приборах и оборудовании;

– в датчиках дыма.

Источник: https://ru.wikipedia.org/wiki/Альфа-частица

Примечание: © Фото https://www.pexels.com, https://pixabay.com

Коэффициент востребованности
65

  1. Альфа-излучение

В
воздухе при атмосферном давлении
альфа-излучение преодолевает лишь
небольшое расстояние, как правило, от
2,5 до 7,5 см. В условиях вакуума электрическое
и магнитное поля заметно отклоняют его
от первоначальной траектории. Направление
и величина отклонений указывают на то,
что альфа-излучение – это поток положительно
заряженных частиц, для которых отношение
заряда к массе (e/m) в точности соответствует
дважды ионизированному атому гелия
(He++). Эти данные и результаты
спектроскопического исследования
собранных альфа-частиц позволили
Резерфорду сделать вывод о том, что они
являются ядрами атома гелия.

  1. Бета-излучение

 Это
излучение обладает большей проникающей
способностью, чем альфа-излучение. Как
и альфа-излучение, оно отклоняется в
магнитном и электрическом полях, но в
противоположную сторону и на большее
расстояние. Это указывает на то, что
бета-излучение является потоком
отрицательно заряженных частиц малой
массы. По отношению e/m Резерфорд
идентифицировал бета-частицы как обычные
электроны.

3. Гамма-излучение

Гамма-излучение
проникает в вещество гораздо глубже,
чем альфа- и бета-излучения. Оно не
отклоняется в магнитном поле и,
следовательно, не имеет электрического
заряда. Гамма-лучи были идентифицированы
как жесткое (т.е. имеющее очень высокую
энергию) электромагнитное излучение.
Разделение радиоактивного излучения
в магнитном поле на альфа-, бета- и
гамма-лучи схематично показано на
рисунке.

СХЕМА
ЭКСПЕРИМЕНТА, иллюстрирующего отклонение
разных видов радиоактивного излучения
в магнитном поле.

Мерой
радиоактивности служит активность.
Измеряется в Беккерелях (Бк), что
соответствует 1 распаду в секунду.
Содержание активности в веществе часто
оценивают на единицу веса вещества
(Бк/кг) или объема (Бк/куб.м).
Также
встречается еще такая единица активности,
как Кюри (Ки). Это – огромная величина: 1
Ки = 37000000000 Бк.
Активность радиоактивного
источника характеризует его мощность.
Так, в источнике активностью 1 Кюри
происходит 37000000000 распадов в секунду.

Виды
радиоактивных излучений:

1.
Естественная
радиоактивность
существует
миллиарды лет, она присутствует буквально
повсюду. Ионизирующие излучения
существовали на Земле задолго до
зарождения на ней жизни и присутствовали
в космосе до возникновения самой Земли.
Радиоактивные материалы вошли в состав
Земли с самого ее рождения. Любой человек
слегка радиоактивен: в тканях человеческого
тела одним из главных источников
природной радиации являются калий-40 и
рубидий-87, причем не существует способа
от них избавиться.Учтем, что современный
человек до 80% времени проводит в помещениях
– дома или на работе, где и получает
основную дозу радиации: хотя здания
защищают от излучений извне, в
стройматериалах, из которых они построены,
содержится природная радиоактивность.
Существенный вклад в облучение человека
вносит радон и продукты его распада.

2.Радон:
Основным
источником этого радиоактивного
инертного газа является земная кора.
Проникая через трещины и щели в фундаменте,
полу и стенах, радон задерживается в
помещениях. Другой источник радонов
помещении – это сами строительные
материалы (бетон, кирпич и т.д.), содержащие
естественные радионуклиды, которые
являются 7 источником радона. Радон
может поступать в дома также с водой
(особенно если она подается из артезианских
скважин), при сжигании природного газа
и т.д.Радон в 7,5 раз тяжелее воздуха. Как
следствие, концентрация радона в верхних
этажах многоэтажных домов обычно ниже,
чем на первом этаже.
Основную
часть дозы облучения от радона человек
получает, находясь в закрытом,
непроветриваемом помещении; регулярное
проветривание может снизить концентрацию
радона в несколько раз. При длительном
поступлении радона и его продуктов в
организм человека многократно возрастает
риск возникновения рака легких. Сравнить
мощность излучения различных источников
радона поможет следующая диаграмма.

3.Техногенная
радиоактивность возникает
вследствие человеческой деятельности.
Осознанная хозяйственная деятельность,
в процессе которой происходит
перераспределение и концентрирование
естественных радионуклидов, приводит
к заметным изменениям естественного
радиационного фона. Сюда относится
добыча и сжигание каменного угля, нефти,
газа, других горючих ископаемых,
использование фосфатных удобрений,
добыча и переработка руд. Такой вид
транспорта, как гражданская авиация,
подвергает своих пассажиров повышенному
воздействию космического излучения.
И, конечно, свой вклад дают испытания
ядерного оружия, предприятия атомной
энергетики и промышленности. Возможно
и случайное (неконтролируемое)
распространение радиоактивных источников:
аварии, потери, хищения, распыление и
т.п. Таки ситуации, к счастью, ОЧЕНЬ
РЕДКИ. Кроме того, их опасность не следует
преувеличивать.

 Закон
радиоактивного распада

Закон
радиоактивного распада
 —
закон, открытый Фредериком
Содди и Эрнестом
Резерфордом экспериментальным путём
и сформулированный в 1903
году.
Современная формулировка закона:

,

что
означает, что число распадов за интервал
времени в
произвольном веществе пропорционально
числу имеющихся в образце атомов .

В
этом математическом выражении  —
постоянная распада, которая
характеризует вероятность радиоактивного
распада за единицу времени и имеющая
размерность с−1.
Знак минус указывает на убыль числа
радиоактивных ядер со временем.

Этот
закон считается основным законом
радиоактивности, из него было извлечено
несколько важных следствий, среди
которых формулировки характеристик
распада — среднее время
жизни
 атома и период
полураспада.

Свойства
радиоактивных излучений:

  • Ионизируют
    воздух;
    (ИОНИЗАЦИЯ
    ВОЗДУХА 
    процесс превращения нейтральных атомов
    и молекул воздушной среды в электрически
    заряженные частицы (ионы))

  • Действуют
    на фотопластинку;

  • Вызывают
    свечение некоторых веществ;

  • Проникают
    через тонкие металлические пластинки;

  • Интенсивность
    излучения пропорциональна

концентрации
вещества;

  • Интенсивность
    излучения не зависит от внешних факторов
    (давление, температура, освещенность,
    электрические разряды).

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]

  • #
  • #
  • #
  • #
  • #
  • #
  • #
  • #
  • #
  • #
  • #

Добавить комментарий