Kas ir alfa sabrukums un beta sabrukums? Beta lūzums, alfa sadalīšanās: formulas un reakcijas

Alfa un beta starojumu vispārīgā gadījumā sauc par radioaktīvo sabrukumu. Tas ir process, kas izraisa subatomic daļiņas no kodola, kas notiek ar milzīgu ātrumu. Tā rezultātā atoms vai tā izotips var pārvērsties no viena ķīmiskā elementa citā. Alfa un beta kodoliem ir raksturīgi nestabili elementi. Tie ietver visus atomus, kuru uzlādes līmenis ir lielāks par 83 un masas skaitlis pārsniedz 209.

Reakcijas nosacījumi

Desintegrācija, tāpat kā citas radioaktīvās transformācijas, ir dabiska un mākslīga. Pēdējais ir saistīts ar svešas daļiņas nokļūšanu kodolā. Cik daudz alfa un beta lūzuma spēj izturēt atomu - ir atkarīgs tikai no tā, cik ātri būs sasniegts stabils stāvoklis.

Dabiskajos apstākļos rodas alfa un beta-mīnus sabrukums.

Ar mākslīgiem apstākļiem ir neitronu, pozitronu, protonu un citu, retāku šķeltu šķelšanos un kodolu transformācijas.

Šos nosaukumus devis Ernest Rutherford, kurš pētīja radioaktīvo starojumu.

Atšķirība starp stabilu un nestabilu kodolu

Spēja sabrukties tieši ir atkarīga no atoma stāvokļa. Tā sauktais "stabils" vai ne-radioaktīvais kodols ir raksturīgs nestabiliem atomiem. Teorētiski šādu elementu novērošanu var veikt līdz bezgalībai, lai beidzot pārliecinātos par to stabilitāti. Tas ir vajadzīgs, lai nošķirtu šādus kodus no nestabiliem, kuriem ir ļoti ilgs pusperiods.

Kļūdaini, šādu "lēnu" atomu var uzskatīt par stabilu. Taču telūrs un precīzāk tā izotopu skaits 128, kura pusperiods ir 2,2 · 10 ²⁴ gadi, var kļūt par spilgtu piemēru. Šī lieta nav unikāla. Lantāna-138 ir pusperiods, kura ilgums ir 10 ¹¹ gadi. Šis termins ir trīsdesmit reizes lielāks par esošā Visuma vecumu.

Radioaktīvā noplūdes būtība

Šis process ir patvaļīgs. Katrs no bojājošajiem radionuklīdi iegūst ātrumu, kas katram gadījumam ir nemainīgs. Izkliedes ātrums ārējo faktoru ietekmē nevar mainīties. Neatkarīgi no tā, reakcija notiks milzīga gravitācijas spēka ietekmē absolūtā nulles ietekmē elektriskā un magnētiskā laukā, ķīmiskās reakcijas laikā utt. Ietekmēt procesu var būt tikai tieša ietekme uz atomu kodola interjeru, kas ir gandrīz neiespējama. Reakcija ir spontāna un ir atkarīga tikai no tā atoma, kurā tā plūst, un tās iekšējo stāvokli.

Atsaucoties uz radioaktīvo sabrukšanu, termins "radionuklīda" bieži sastopams. Tiem, kuri to nav pazīstami, jums vajadzētu zināt, ka šis vārds apzīmē atomu grupu, kurai ir radioaktīvas īpašības, to masu skaits, atomu skaits un enerģijas statuss.

Dažādos radionuklīdus izmanto tehniskās, zinātniskās un citās cilvēka dzīves sfērās. Piemēram, medicīnā šie elementi tiek izmantoti, diagnosticējot slimības, apstrādājot zāles, instrumentus un citus priekšmetus. Ir pat vairākas terapeitiskās un prognostiskās radiopreparācijas.

Tikpat svarīgi ir izotopu noteikšana. Šo vārdu sauc par īpašu atomu veidu. Viņiem ir vienāds atomu skaits kā parasts elements, bet lielisks masas numurs. Šo atšķirību izraisa neitronu skaits, kas neietekmē uzlādi, piemēram, protoni un elektroni, bet tie maina masu. Piemēram, vienkāršā ūdeņraža ir tikpat daudz kā 3. Tas ir vienīgais elements, kura izotopi ir nosaukti: deitērijs, tritijs (vienīgais radioaktīvais) un protium. Citos gadījumos nosaukumi tiek doti saskaņā ar atomu masām un galveno elementu.

Alfa lūzums

Šī ir sava veida radioaktīvā reakcija. Raksturojums par dabisko elementu no Mendelejeva ķīmisko elementu tabulas sestā un septītā perioda. Jo īpaši mākslīgiem vai transurāniskiem elementiem.

Elementi, kas pakļauti alfa sadalījumam

Starp metāliem, kuriem šis sadalījums ir raksturīgs, ietver toriju, urānu un citus elementus no sestā un septītā perioda no ķīmisko elementu periodiskās tabulas, skaitot no bismuta. Izotopi no smago elementu skaita arī tiek pakļauti procesam.

Kas notiek reakcijas laikā?

Alfa sabrukšanas procesā sākas emisijas no kodoliem, kas sastāv no 2 protoniem un neitronu pāra. Ļoti izolēta daļiņa ir hēlija atoma kodols ar masu 4 vienības un maksu +2.

Rezultātā parādās jauns elements, kas periodiskajā tabulā atrodas divas šūnas no avota pa kreisi. Šādu kārtību nosaka fakts, ka sākotnējais atoms zaudēja 2 protonus un kopā ar to arī sākotnējo uzlādi. Tā rezultātā izotopu masa, ko veido 4 masas vienības, samazinās salīdzinājumā ar sākotnējo stāvokli.

Piemēri

Šī sabrukšanas laikā torijs ir veidots no urāna. No torija parādās radijs, no tā - radons, kas kā rezultātā dod poloniju, un galu galā - svins. Šajā procesā šo elementu izotopi parādās procesā, nevis paši. Tātad, mēs iegūstam urānu-238, toriju-234, rādu-230, radonu-236 un tālāk, līdz pat stabila elementa izskaitei. Šīs reakcijas formula ir šāda:

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

Ekstrahētās alfa daļiņas ātrums emisijas laikā ir no 12 līdz 20 tūkst. Km / sek. Būdama vakuumā, šāda daļiņa apaļo globusu 2 sekunžu laikā, virzoties gar ekvatoru.

Beta sairšana

Starp šo daļiņu un elektronu starpība ir tās izskata vieta. Beta izplešanās rodas atoma kodolā, nevis tā apkārt esošajā elektroniskajā apvalkā. Visbiežāk tas rodas no visām esošajām radioaktīvām transformācijām. To var novērot gandrīz visos esošajos ķīmiskajos elementos pašlaik. No tā izriet, ka katram elementam ir vismaz viens izotops, kas ir sadalīts. Vairumā gadījumu tas ir saistīts ar beta noplūdi Pastāv beta-mīnusā sadalīšanās.

Reakcijas reakcija

Šajā procesā no kodola izplūst elektrons, kas rodas spontānā neitronu konversijā elektronā un protonā. Šajā gadījumā protoni lielākas masas dēļ paliek kodolā, un elektrons, ko sauc par beta-mīnusa daļiņu, atstāj atomu. Un tā kā protonu skaits ir pieaudzis par vienu, elementa kodols pats mainās uz lielāko pusi un atrodas periodiskajā tabulā pa labi no avota.

Piemēri

Beta katakss ar kālija-40 pārvērš to par kalcija izotopu, kas atrodas labajā pusē. Radioaktīvais kalcijs-47 kļūst par skandiju-47, kas var pārvērsties par stabilu titānu-47. Kāda ir šāda veida beta noplūde? Formula:

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

Beta daļiņu emisijas ātrums ir 0,9 reizes lielāks par gaismas ātrumu, 270 tūkst. Km / sek.

Betaaktīvo nukleīdu rakstura dēļ ne pārāk daudz. Nozīmīgie no tiem ir diezgan mazi. Piemērs ir kālija-40, kas dabiskajā maisījumā satur tikai 119/10000. Arī dabiskie beta-mīnusa aktīvie radionuklīdi no nozīmīgākajiem skaitļiem ir urāna un torija alfa un beta lūzuma produkti.

Beta likvidācijai piemīt tipisks piemērs: torijs-234, kas alfa sabrukšanas laikā pārvēršas par protaktīniju-234, un pēc tam kļūst par urānu tādā pašā veidā, bet ar citu izotopu ar numuru 234. Šis urāns-234 atkal kļūst par toriju alfa sabrukšanas dēļ , Bet jau tā cita veida. Tad šis torijs-230 kļūst par radiju-226, kas pārvēršas par radonu. Un tajā pašā secībā, uz leju līdz tallijam, tikai ar dažādām beta pārejām atpakaļ. Šī radioaktīvā beta izkliedēšanās beidzas ar stabilu svina-206 izskatu. Šai pārveidošanai ir šāda formula:

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

Dabiski un nozīmīgi beta-aktīvie radionuklīdi ir K-40 un elementi no tallija līdz urānam.

Beta pluss samazinājums

Pastāv arī beta-plus transformācija. To sauc arī par positrona beta sabrukumu. Tas izstaro daļiņu no kodola, ko sauc par positronu. Rezultāts ir avota elementa transformācija uz kreiso pusi, kuram ir mazāks skaitlis.

Piemērs:

Kad notiek elektroniska beta sabrukšana, magnijs-23 kļūst par stabilu nātrija izotopu. Radioaktīvais europium-150 kļūst par samariju-150.

Rezultātā iegūtā beta-sacietēšanas reakcija var radīt beta + un beta emisijas. Abos gadījumos daļiņu emisijas ātrums ir 0,9 reizes lielāks par gaismas ātrumu.

Citi radioaktīvi sabrukumi

Neatkarīgi no tādām reakcijām kā alfa sabrukšana un beta sabrukšana, kuras formula ir plaši pazīstama, ir arī citi procesi, kas ir retāki un raksturīgi mākslīgiem radionuklīdiem.

Neitronu sabrukšana . Neitrālās daļiņas emisija ir 1 masas vienība. To laikā viens izotaps tiek pārvērsts citā ar mazāku masas skaitli. Piemērs ir litija-9 pārveide uz litiju-8, helium-5 līdz helium-4.

Ja gamma starus apstaro ar stabilu joda 127 izotopu, tas kļūst par izotopu ar numuru 126 un iegūst radioaktivitāti.

Protona sabrukšana . Tas ir ārkārtīgi reti. Šajā procesā tiek ražots protons, kura svars ir +1 un 1 masas vienība. Atomu svars kļūst mazāks par vienu vērtību.

Jebkura radioaktīvā pārveidošana, jo īpaši radioaktīvā sabrukšana, tiek papildināta ar enerģijas izdalīšanos gamma starojuma veidā. To sauc par gamma stariem. Dažos gadījumos tiek novēroti rentgena starojumi, kuriem ir mazāka enerģija.

Gama sabrukšana. Tā ir gamma kvantu plūsma. Tas ir elektromagnētiskais starojums, kas ir stingrāks nekā rentgena starojums, ko lieto medicīnā. Rezultātā parādās gamma kvanti vai enerģijas plūsmas no atomu kodola. Rentgena starojums ir arī elektromagnētiska, bet tas rodas no atoma elektronu čaumalām.

Alfa daļiņu braukšana

Alfa daļiņas ar masu 4 atomu vienības un maksas +2 taisni lineāri. Tāpēc mēs varam runāt par alfa daļiņu ceļu.

Nobraukums ir atkarīgs no sākotnējās enerģijas un svārstās no 3 līdz 7 (dažreiz 13) cm gaisā. Blīvā vidē - simtdaļa no milimetriem. Šāds starojums nevar iekļūt papīra loksnē un cilvēka ādā.

Pateicoties savam masas un lādēšanas skaitlim, alfa daļiņai ir vislielākā jonizācijas spēja un iznīcina visu, kas notiek ceļā. Šajā sakarā alfa-radionuklīdi ir visbīstamākie cilvēkiem un dzīvniekiem, ja tiek pakļauti ķermenim.

Beta daļiņu iespiešanās

Saistībā ar nelielo masu skaitu, kas ir 1836 reizes mazāks par protonu, negatīvs lādiņš un lielums, beta starojums ietekmē vielu, ar kuru tā lido, bet lidojums ilgst ilgāk. Arī daļiņas ceļš nav taisnīgs. Šajā sakarā runājiet par iespiešanās spēju, kas atkarīga no saņemtās enerģijas.

Piesātināšanās spēja beta daļiņās, kas radušās radioaktīvā sabrukšanas laikā gaisā, sasniedz 2,3 m, šķidrumu skaitīšana tiek veikta centimetros un cietās daļās - centimetru frakcijās. Cilvēka ķermeņa audi nodod starojumu 1,2 cm dziļumā. Vienkāršs ūdens slānis līdz 10 cm var pasargāt no beta starojuma. Šādu slāņu gandrīz pilnīgi absorbē daļiņu plūsma ar pietiekami lielu sūkšanas enerģiju 10 meV: gaiss - 4 m; Alumīnijs - 2,2 cm; Dzelzs - 7,55 mm; Svins - 5,2 mm.

Ņemot vērā nelielos izmērus, beta starojuma daļiņām ir zema jonizācijas spēja, salīdzinot ar alfa daļiņām. Tomēr, norīt, tie ir daudz bīstamāki nekā ārējā iedarbībā.

Visu veidu izstarojuma vidū vislielākais caurlaidīgais rādītājs pašlaik ir neitronu un gamma. Šīs emisijas gaisā dažkārt sasniedz desmitiem un simtiem metru, bet ar mazākiem jonizējošiem parametriem.

Lielākā daļa gamma staru izotopu enerģijā nepārsniedz 1,3 MeV. Reizēm tiek sasniegtas 6,7 MeV vērtības. Šajā sakarā, lai pasargātu no šāda starojuma, dažādu vājinājumu izmantošanai tiek izmantoti tērauda, betona un svina slāņi.

Piemēram, lai samazinātu kobalta gamma starojumu desmitkārtīgi, nepieciešama svina aizsargkārta apmēram 5 cm biezumā un 100 reizes mazinās 9,5 cm. Betona aizsardzība ir 33 un 55 cm, un ūdens aizsardzība ir 70 un 115 cm.

Neitronu jonizējošie rādītāji ir atkarīgi no to enerģijas parametriem.

Jebkurā situācijā vislabākā aizsardzības metode no starojuma būs maksimālais attālums no avota un pēc iespējas mazāka laika izklaide augsta starojuma zonā.

Atomu kodolu dalījums

Atomu kodolu sadalošanās nozīmē spontānu vai neitronu ietekmē kodola sadalīšanu divās daļās, kas ir aptuveni vienādi lielumā.

Šīs divas daļas kļūst par elementu radioaktīviem izotopiem no ķīmisko elementu tabulas galvenās daļas. Viņi sāk no vara līdz lantanīdiem.

Ekstrakcijas laikā izdalās lieko neitronu pāris un iegūst enerģijas pārpalikumu gamma kvantu formā, kas ir daudz lielāks nekā radioaktīvā sabrukšana. Tātad ar vienu radioaktīvā sabrukšanas darbību rodas viens gamma kvants, un sadales akta laikā parādās 8,10 gamma kvantu. Arī izkliedētajiem fragmentiem ir liela kinētiskā enerģija, kas pārvēršas termiskos indeksos.

Atbrīvotie neitroni spēj provocēt līdzīgu kodolu pārdalīšanu, ja tie atrodas tuvu un neitroni atrodas tajos.

Šajā sakarā rodas varbūtība, ka atomu kodolu atdalīšanas ķēdes reakcija paātrina ķēdes reakciju un radīs lielu enerģijas daudzumu.

Ja šāda ķēdes reakcija tiek kontrolēta, to var izmantot noteiktiem mērķiem. Piemēram, apkurei vai elektrībai. Šādus procesus veic kodolspēkstacijās un reaktoros.

Ja jūs zaudējat kontroli pār reakciju, tad būs atomu sprādziens. To izmanto kodolieročos.

Dabiskajos apstākļos ir tikai viens elements - urāns, kam ir tikai viens skaldošs izotops ar numuru 235. Tas ir ierocis.

Parastā urāna-reaktora reaktorā no urāna-238 neitronu ietekmē izveidojas jauns izotops ar numuru 239, un no tā - plutonijs, kas ir mākslīgs un nerodas dabīgos apstākļos. Šādā gadījumā radies plutonijs-239 tiek izmantots ieroču vajadzībām. Šis kodoldalīšanās process ir visu atomelektrostaciju un enerģijas būtība.

Mūsdienās plaši tiek izplatītas tādas parādības kā alfa sabrukšana un beta sabrukšana, kuras formula ir izpētīta skolā. Pateicoties šīm reakcijām, ir atomelektrostacijas un daudzas citas nozares, kuru pamatā ir kodolfizika. Tomēr neaizmirstiet par daudzu šādu elementu radioaktivitāti. Strādājot pie tiem, nepieciešama īpaša aizsardzība un visu piesardzības pasākumu ievērošana. Pretējā gadījumā tas var radīt neatgriezenisku katastrofu.