Альфа что это физика
Альфа-частицы: открытие, характеристики, применение
Содержание:
В альфа-частицы (или α-частицы) являются ядрами ионизированных атомов гелия, которые поэтому потеряли свои электроны. Ядра гелия состоят из двух протонов и двух нейтронов. Таким образом, эти частицы имеют положительный электрический заряд, величина которого вдвое превышает заряд электрона, а их атомная масса равна 4 атомным единицам массы.
Открытие
В течение 1899 и 1900 годов физики Эрнест Резерфорд (работавший в Университете Макгилла в Монреале, Канада) и Пол Виллар (работавший в Париже) различали три типа заявок, названных самим Резерфордом: альфа, бета и гамма.
Различия проводились на основании их способности проникать в предметы и их отклонения под действием магнитного поля. Благодаря этим свойствам Резерфорд определил альфа-лучи как имеющие самую низкую проникающую способность среди обычных объектов.
Таким образом, работа Резерфорда включала измерения отношения массы альфа-частицы к ее заряду. Эти измерения привели его к предположению, что альфа-частицы были двухзарядными ионами гелия.
Наконец, в 1907 году Эрнесту Резерфорду и Томасу Ройдсу удалось показать, что гипотеза, установленная Резерфордом, верна, тем самым показав, что альфа-частицы были дважды ионизированными ионами гелия.
характеристики
Некоторые из основных характеристик альфа-частиц следующие:
Атомная масса
Загрузить
Скорость
Порядка 1,5 · 10 7 м / с и 3 10 7 РС.
Ионизация
Они обладают высокой способностью ионизировать газы, превращая их в токопроводящие газы.
Кинетическая энергия
Его кинетическая энергия очень высока из-за большой массы и скорости.
Проницаемость
У них низкая проникающая способность. В атмосфере они быстро теряют скорость при взаимодействии с различными молекулами из-за их большой массы и электрического заряда.
Альфа-распад
В целом процесс выглядит следующим образом:
Альфа-распад обычно происходит в более тяжелых нуклидах. Теоретически это может происходить только в ядрах несколько тяжелее никеля, в которых общая энергия связи на нуклон уже не минимальна.
Поскольку альфа-частицы относительно тяжелые и положительно заряжены, их длина свободного пробега очень мала, поэтому они быстро теряют кинетическую энергию на небольшом расстоянии от источника излучения.
Альфа-распад от ядер урана
В своей естественной форме уран присутствует в трех изотопах: уран-234 (0,01%), уран-235 (0,71%) и уран-238 (99,28%). Процесс альфа-распада наиболее распространенного изотопа урана выглядит следующим образом:
238 92 U → 234 90Чт + 4 2у меня есть
Гелий
Весь гелий, который в настоящее время существует на Земле, происходит из процессов альфа-распада различных радиоактивных элементов.
По этой причине его обычно находят в месторождениях полезных ископаемых, богатых ураном или торием. Точно так же это также связано с скважинами для добычи природного газа.
Токсичность и опасность альфа-частиц для здоровья
Как правило, внешнее альфа-излучение не представляет опасности для здоровья, поскольку альфа-частицы могут преодолевать расстояния всего в несколько сантиметров.
Таким образом, альфа-частицы поглощаются газами, присутствующими всего в нескольких сантиметрах воздуха, или тонким внешним слоем омертвевшей кожи человека, предотвращая, таким образом, опасность для здоровья человека.
Однако альфа-частицы очень опасны для здоровья при проглатывании или вдыхании.
Это потому, что, хотя они и обладают небольшой проникающей способностью, их воздействие очень велико, поскольку они являются самыми тяжелыми атомными частицами, испускаемыми радиоактивным источником.
Приложения
Альфа-частицы имеют разные применения. Вот некоторые из наиболее важных:
— Устранение статического электричества в промышленных приложениях.
— Использование в детекторах дыма.
— Источник топлива для спутников и космических аппаратов.
— Источник питания для кардиостимуляторов.
— Источник питания для выносных сенсорных станций.
— Источник питания для сейсмических и океанографических приборов.
Как можно видеть, очень часто альфа-частицы используются в качестве источника энергии для различных приложений.
Во-первых, альфа-частицы образуются за счет ионизации (то есть отделения электронов от атомов гелия). Позже эти альфа-частицы ускоряются до высоких энергий.
Что такое альфа-распад?
Британский физик Эрнест Резерфорд впервые описал альфа-частицу в 1899 году. Он также различал и называл альфа-и бета-излучение. Однако только в 1928 году Джордж Гамов решил теорию альфа-распада с помощью квантового туннелирования.
В этой обзорной статье мы объяснили, почему происходит альфа-распад, что на самом деле происходит в этом процессе, каковы его первичные источники и имеет ли он какие-либо неблагоприятные последствия. Но давайте начнем с основ.
Что такое альфа-распад?
Поскольку альфа-частица содержит массу в четыре единицы и два положительных заряда, ее выброс из ядра приводит к образованию дочернего ядра с массой на четыре единицы меньше и атомным номером на две единицы меньше (чем у ее родительского ядра).
Уравнение
В ядерной физике формула или уравнение альфа-распада могут быть записаны как:
В ядерном уравнении альфа-частица обычно показывается без учета заряда (однако, она содержит заряд +2e).
Альфа-распад происходит только в тяжелых нуклидах. Теоретические расчеты показывают, что этот тип распада может происходить в ядрах, немного более тяжелых, чем никель (атомное число 28). В реальном мире, однако, он был обнаружен только в нуклидах, значительно более тяжелых, чем никель.
Теллур (атомное число 52) является самым легким элементом, чьи изотопы (от 104 Те до 109 Те), как известно, претерпевают альфа-распад. Однако есть некоторые исключительные случаи, такие как изотоп бериллия ( 8 Be), который распадается на две альфа-частицы.
Примеры
Наиболее популярным примером такого рода ядерной трансмутации является распад урана. Уран-238 (самый распространенный изотоп урана, встречающийся в природе) распадается с образованием тория-234.
Как видите, сумма индексов (масс и атомных номеров) остается одинаковой с каждой стороны уравнения.
Торий также становится радием
Нептуний превращается в протактиний
Платина становится Осмием
Гадолиний становится самарием
Итак, три вещи происходят в альфа-распаде:
1. Тяжелое (родительское) ядро распадается на две части.
2. Альфа-частица выбрасывается в пространство.
3. У оставшегося (дочернего) ядра его массовое число уменьшено на четыре, а его атомное число уменьшено на два.
Почему происходит альфа-распад?
Однако, когда общая разрушительная электромагнитная сила преодолевает ядерную, атомное ядро распадается на две или более частей. Исследования показывают, что ядро, содержащее более 209 нуклонов, настолько велико, что электромагнитное отталкивание между его протонами часто побеждает притягивающую ядерную силу, удерживающую его.
Это происходит потому, что сила ядерной силы быстро падает за пределы одного фемтометра, в то время как электромагнитная сила сохраняет такую же силу на больших расстояниях.
Классическая физика не позволяет альфа-частицам избегать сильных ядерных сил внутри ядра. Квантовая механика, однако, позволяет альфа-частицам убегать через квантовое туннелирование, даже если они не обладают достаточной энергией для преодоления ядерной силы.
Основной источник альфа-распада
Альфа-частицы в основном испускаются более тяжелыми атомами (атомный номер> 106), такими как торий, уран, радий и актиний. Фактически, почти 99 процентов гелия, генерируемого на Земле, происходит от альфа-распада подземных минералов, состоящих из тория или урана.
Некоторые искусственные изотопы испускают альфа-частицы: например, радиоизотопы кюрия, америция и плутония. Они создаются в ядерном реакторе путем поглощения нейтронов различными изотопами урана.
Высокоэнергетические ядра гелия также могут быть искусственно созданы ускорителями частиц, такими как синхротрон и циклотроны. Однако их обычно не называют альфа-частицами.
Это опасно?
Как правило, выброшенные альфа-частицы имеют кинетическую энергию 5 Мегаэлектронвольт, и они движутся со скоростью почти 5 процентов скорости света. Поскольку они несут + 2e электрический заряд и имеют большую массу, они могут легко взаимодействовать с другими атомами и терять свою энергию.
Хотя альфа-распад является сильно ионизирующим излучением частиц, он имеет низкую глубину проникновения. Движение вперед альфа-частиц может быть остановлено куском бумаги, толстым слоем воздуха или внешними слоями кожи человека.
Уровень проникновения альфа, бета и гамма частиц
Они не опасны для жизни, если источник не вдыхается, не проглатывается и не вводится. Если радиоактивное вещество, разлагающее альфа-частицу, попадает в организм, оно может быть в 20 раз опаснее гамма-излучения. Большие дозы могут привести к радиационному отравлению. Полоний-210, сильный альфа-излучатель, играет ключевую роль при раке мочевого пузыря и легких.
Хотя альфа-частицы не могут проникнуть сквозь кожу человека, они могут повредить роговицу. Некоторые альфа-источники также сопровождаются бета-излучающими ядрами, которые, в свою очередь, сопровождаются испусканием гамма-фотонов.
Радон является одним из крупнейших источников дозы облучения населения. При вдыхании некоторые его частицы прикрепляются к внутренней оболочке легкого и в конечном итоге повреждают клетки в ткани легкого.
Применения
Принцип работы детектора дыма
Радиоактивные источники альфа-частиц используются в детекторах дыма. Америций-241, например, выделяет альфа-частицы, которые ионизируют воздух внутри детектора. Когда дым попадает в оборудование, он поглощает излучение, вызывая тревогу.
Альфа-частицы из полония-210 используются для устранения статического электричества из оборудования. Альфа-частицы притягивают свободные электроны, уменьшая потенциал местного статического электричества. Этот метод широко применяется на бумажных фабриках.
Рентгеновская спектроскопия альфа-частиц используется для определения состава пород и грунтов. НАСА использовало этот процесс на Марсовом разведывательном ровере для сбора криволинейных данных, данных о погоде и активности воды на Марсе.
Гранула из 238 PuO 2, используемая в РТГ для космических миссий. Пеллета светится красным цветом из-за тепла, генерируемого альфа-распадом | Изображение предоставлено: Викимедиа
Космические агентства используют радиоизотопные термоэлектрические генераторы (РТГ) для питания различных космических аппаратов и спутников, включая «Вояджер 1/2» и «Пионер 10/11». Эти генераторы используют плутоний-238 для работы в качестве долговременной батареи. Плутоний-238 испускает альфа-излучение, в результате чего образуется тепло, которое преобразуется в электричество.
В настоящее время ученые работают над тем, чтобы использовать разрушительные источники альфа-излучения для лечения рака. Они пытаются направить небольшое количество альфа-частиц в опухолевые клетки. Поскольку эти частицы имеют небольшую глубину проникновения, они могут остановить рост опухоли или, возможно, уничтожить ее, не затрагивая окружающие здоровые ткани. Этот вид лечения известен как негерметичная лучевая терапия.
Что такое Альфа частица?
Альфа частица представляет собой положительно заряженную частицу в ядерной физике, которая образуется при распаде ядер и имеет два протона и два нейтрона. Поток таких частиц принято называть альфа излучением.
Открытие в ядерной физике
Впервые о данном явлении упомянул ученый Э. Резерфорд еще вначале XX в., который в числе первых предположил наличие бета, гамма и, конечно же, альфа частиц, провел много опытов превращения ядер азота в ядра кислорода. Среди нескольких видов излучений, альфа излучение наиболее безопасное для живых существ.
Основные характеристики
При близком контакте с кожей человека она способна проникнуть на расстояние всего нескольких микрон. Это объясняется процессом ионизации, при котором поток отдает большую часть своей первоначальной энергии.
Взаимодействие альфа излучения с различными веществами
Частицы, образующие альфа излучение, являются довольно тяжелыми, вследствие чего у них небольшая скорость. Также, стоит отметить, что большое количество своей энергии они передают поглотителю при малой скорости, при этом образуется большое количество пар ионов. Для примера рассматривается частица со скоростью 20 мм/с которая способна образовать в воздухе приблизительно сто тысяч пар ионов.
Влияние на живые организмы
Альфа-распад атомного ядра
Внешняя проникающая способность данного излучения небольшая, может вполне задерживаться слоем бумаги. При малом внешнем воздействии возможно развитие злокачественных образований и нарушение правильного обмена веществ. Однако, при таком виде подвержены поражению слизистые участки тела и глаза, которые не поддаются дальнейшему излечению.
В процессе большого количества исследований, ученые пришли к выводу, что альфа частицы при попадании в живой организм с помощью пищи, воды и воздуха могут принести поистине катастрофические разрушения, поскольку они полностью сжигают живой организм изнутри. Особенно опасными признаны альфа частицы плутония 239, которые активно накапливаются в почках, печени, легких, селезенке и приводят к тяжелой форме лучевой болезни, затем и к скорому летальному исходу.
Научно-популярный фильм о Эрнесте Резерфорде
Похожие статьи
Понравилась запись? Расскажи о ней друзьям!
Значение слова «альфа»
Источник (печатная версия): Словарь русского языка: В 4-х т. / РАН, Ин-т лингвистич. исследований; Под ред. А. П. Евгеньевой. — 4-е изд., стер. — М.: Рус. яз.; Полиграфресурсы, 1999; (электронная версия): Фундаментальная электронная библиотека
А́льфа — первая буква греческого алфавита (греч. άλφα). «Альфа и омега» («от первой до последней буквы») — выражение, означающее «от и до, всё полностью, с начала и до конца, всеобъемлюще». Альфа — популярное название для всего первого, главного или лучшего.
А’ЛЬФА, ы, ж. 1. Название первой буквы греческого алфавита (α). 2. Название самой яркой звезды в созвездии (астр.). ◊
Источник: «Толковый словарь русского языка» под редакцией Д. Н. Ушакова (1935-1940); (электронная версия): Фундаментальная электронная библиотека
а́льфа
1. первая буква греческого алфавита; Α, α ◆ В греческом слове αλφα первая и последняя буква — альфа.
2. астрон. самая яркая звезда в созвездии ◆ Дубхе — альфа Большой Медведицы.
4. комп. жарг. то же, что альфа-версия
5. физ. жарг. то же, что альфа-частица ◆ При распаде висмута-214 вылетает альфа и гамма.
6. физ. жарг. то же, что альфа-излучение ◆ Альфа с поверхности так и прёт.
Фразеологизмы и устойчивые сочетания
Делаем Карту слов лучше вместе
Привет! Меня зовут Лампобот, я компьютерная программа, которая помогает делать Карту слов. Я отлично умею считать, но пока плохо понимаю, как устроен ваш мир. Помоги мне разобраться!
Спасибо! Я обязательно научусь отличать широко распространённые слова от узкоспециальных.
Насколько понятно значение слова посылочный (прилагательное):
Ассоциации к слову «альфа»
Синонимы к слову «альфа»
Предложения со словом «альфа»
Цитаты из русской классики со словом «альфа»
Сочетаемость слова «альфа»
Понятия, связанные со словом «альфа»
Афоризмы русских писателей со словом «альфа»
Отправить комментарий
Дополнительно
Предложения со словом «альфа»
Если лорд не женат, то местные мелкие землевладельцы или альфы стай могут прислать ему в подарок девушку, в надежде, что их землям или кланам перепадёт какая-то благодарность от лорда.
При желании и приложении некоторых усилий они могут стать альфами.
Когда вы дремлете или засыпаете, но ещё не заснули, или пробуждаетесь, но ещё не стряхнули остатки сна, вы в состоянии альфа.
Альфа-распад: что это такое и что происходит в процессе альфа-распада
Содержание:
Квантовая физика – наиболее непонятный для человеческого сознания раздел науки о законах природы. Микромир абсолютно не такой, как окружающий, его элементы ведут себя иначе, процессы в них протекают на порядки быстрее. Атомные ядра одних химических элементов могут существовать сколь угодно долго, других – самопроизвольно превращаются в ядра иных элементов. Этот процесс называется радиоактивностью.
Понятие радиоактивности
В зависимости от типа излучаемых частиц различают несколько видов изменения состава ядер: альфа, бета, гамма.
Альфа-распад – это процесс самопроизвольного разложения ядра на ядро-продукт (дочернее) и альфа-частицу, представленную гелием 24He. Изначально предполагалось, что нестабильными являются только атомные ядра элементов, массовое число которых выше 140. Позже эксперименты показали, что испусканию α-частиц (нестабильны) подвержены химические элементы, порядковый номер которых не менее 83 – висмут. Это не значит, что все расположенные за свинцом (номер 82) элементы опасны для живых организмов.
В тяжёлых ядрах находятся частицы с положительным зарядом, сформированные парой протонов и нейтронов – гелий 4. Они более подвержены воздействию сил Кулона, чем единичный протон, меньше притягиваются к ядерным нуклонам. Образовавшись, альфа-частица с определённой вероятностью отталкивается от потенциального барьера, но может и преодолеть его. Со снижением потенциала пары протоны-нейтроны её проницательная способность падает по экспоненте. Отсюда следует, что нестабильные ядра с малой энергией α-частиц обладают большим временем жизни. Она вычисляется по формуле:
где e – число Эйлера или основание натурального логарифма.
Формула альфа-распада
Скорость, с которой пара протоны-нейтроны преодолевает потенциальный барьер, у неодима достигает 9 400 км/с, для полония – 23 700 км/с. Формула альфа-распада следующая:
ZAX > Z-2A-4Y+24He, где:
При α-распаде массовое число ядра снижается на четыре, а заряд – на два – радиоактивный элемент понижается в периодической системе на два номера. Например, борий (107) распадается на гелий и дубиний (107). Изначально испускаемые изотопами ядра альфа-частицы имеют одинаковую кинетическую энергию или два-три её значения.