Le radiazioni alfa e beta sono generalmente chiamate decadimenti radioattivi. Questo è un processo che è l'emissione di particelle subatomiche dal nucleo, che avviene a una velocità tremenda. Di conseguenza, un atomo o il suo isotopo possono cambiare da un elemento chimico all' altro. I decadimenti alfa e beta dei nuclei sono caratteristici degli elementi instabili. Questi includono tutti gli atomi con un numero di carica maggiore di 83 e un numero di massa maggiore di 209.
Condizioni di reazione
La decomposizione, come altre trasformazioni radioattive, è naturale e artificiale. Quest'ultimo si verifica a causa dell'ingresso di una particella estranea nel nucleo. La quantità di decadimento alfa e beta che può subire un atomo dipende solo da quanto tempo viene raggiunto uno stato stabile.
In circostanze naturali, si verificano decadimenti alfa e beta meno.
In condizioni artificiali, sono presenti neutroni, positroni, protoni e altri tipi più rari di decadimenti e trasformazioni dei nuclei.
Questi nomi sono stati dati da Ernest Rutherford, che ha studiato le radiazioni radioattive.
La differenza tra stabile e instabilenucleo
La capacità di decadere dipende direttamente dallo stato dell'atomo. Il cosiddetto nucleo "stabile" o non radioattivo è caratteristico degli atomi non in decomposizione. In teoria, tali elementi possono essere osservati all'infinito per essere finalmente convinti della loro stabilità. Ciò è necessario per separare tali nuclei da quelli instabili, che hanno un'emivita estremamente lunga.
Per errore, un atomo così "lento" può essere scambiato per uno stabile. Tuttavia, il tellurio e, più specificamente, il suo isotopo numero 128, che ha un'emivita di 2,2·1024 anni, può essere un esempio lampante. Questo caso non è isolato. Il lantanio-138 ha un'emivita di 1011 anni. Questo periodo è trenta volte l'età dell'universo esistente.
L'essenza del decadimento radioattivo
Questo processo avviene in modo casuale. Ogni radionuclide in decadimento acquisisce una velocità costante per ogni caso. Il tasso di decadimento non può cambiare sotto l'influenza di fattori esterni. Non importa se una reazione avverrà sotto l'influenza di un'enorme forza gravitazionale, allo zero assoluto, in un campo elettrico e magnetico, durante una qualsiasi reazione chimica, e così via. Il processo può essere influenzato solo dall'impatto diretto all'interno del nucleo atomico, cosa praticamente impossibile. La reazione è spontanea e dipende solo dall'atomo in cui procede e dal suo stato interno.
Quando ci si riferisce ai decadimenti radioattivi, viene spesso usato il termine "radionuclide". Per chi non lo èfamiliare con esso, dovresti sapere che questa parola denota un gruppo di atomi che hanno proprietà radioattive, il proprio numero di massa, numero atomico e stato energetico.
Vari radionuclidi sono usati in aree tecniche, scientifiche e di altro tipo della vita umana. Ad esempio, in medicina, questi elementi vengono utilizzati per diagnosticare malattie, elaborare medicinali, strumenti e altri oggetti. Esistono anche numerosi radiofarmaci terapeutici e prognostici.
Non meno importante è la definizione dell'isotopo. Questa parola si riferisce a un tipo speciale di atomi. Hanno lo stesso numero atomico di un elemento ordinario, ma un numero di massa diverso. Questa differenza è causata dal numero di neutroni, che non influiscono sulla carica, come i protoni e gli elettroni, ma cambiano la loro massa. Ad esempio, l'idrogeno semplice ne ha ben 3. Questo è l'unico elemento ai cui isotopi sono stati dati i nomi: deuterio, trizio (l'unico radioattivo) e protio. In altri casi, i nomi sono dati in base alle masse atomiche e all'elemento principale.
Decadimento alfa
Questa è una specie di reazione radioattiva. È tipico degli elementi naturali del sesto e settimo periodo della tavola periodica degli elementi chimici. Specialmente per elementi artificiali o transuranici.
Elementi soggetti a decadimento alfa
Il numero di metalli che sono caratterizzati da questo decadimento include torio, uranio e altri elementi del sesto e settimo periodo dalla tavola periodica degli elementi chimici, contando dal bismuto. Il processo subisce anche isotopi tra i pesantiarticoli.
Cosa succede durante una reazione?
Quando inizia il decadimento alfa, l'emissione dal nucleo di particelle composte da 2 protoni e una coppia di neutroni. La stessa particella emessa è il nucleo di un atomo di elio, con una massa di 4 unità e una carica di +2.
Di conseguenza, appare un nuovo elemento, che si trova due celle a sinistra dell'originale nella tavola periodica. Questa disposizione è determinata dal fatto che l'atomo originale ha perso 2 protoni e con esso la carica iniziale. Di conseguenza, la massa dell'isotopo risultante viene ridotta di 4 unità di massa rispetto allo stato iniziale.
Esempi
Durante questo decadimento, il torio si forma dall'uranio. Dal torio deriva il radio, da esso il radon, che alla fine dà il polonio, e infine il piombo. In questo processo si formano gli isotopi di questi elementi e non loro stessi. Quindi, risulta uranio-238, torio-234, radio-230, radon-236 e così via, fino alla comparsa di un elemento stabile. La formula per tale reazione è la seguente:
Gio-234 -> Ra-230 -> Rn-226 -> Po-222 -> Pb-218
La velocità della particella alfa selezionata al momento dell'emissione è compresa tra 12 e 20 mila km/sec. Essendo nel vuoto, una tale particella girerebbe intorno al globo in 2 secondi, muovendosi lungo l'equatore.
Decadimento beta
La differenza tra questa particella e un elettrone sta nel luogo dell'apparenza. Il decadimento beta si verifica nel nucleo di un atomo, non nel guscio di elettroni che lo circonda. La più comune di tutte le trasformazioni radioattive esistenti. Può essere osservato in quasi tutti attualmente esistentielementi chimici. Ne consegue che ogni elemento ha almeno un isotopo soggetto a decadimento. Nella maggior parte dei casi, il decadimento beta risulta in un decadimento beta-meno.
Flusso di reazione
In questo processo, un elettrone viene espulso dal nucleo, che è sorto a causa della trasformazione spontanea di un neutrone in un elettrone e un protone. In questo caso, a causa della maggiore massa, i protoni rimangono nel nucleo e l'elettrone, chiamato particella beta meno, lascia l'atomo. E poiché ci sono più protoni per unità, il nucleo dell'elemento stesso cambia verso l' alto e si trova a destra dell'originale nella tavola periodica.
Esempi
Il decadimento della beta con il potassio-40 lo trasforma in un isotopo di calcio, che si trova sulla destra. Il calcio radioattivo-47 diventa scandio-47, che può trasformarsi in titanio-47 stabile. Che aspetto ha questo decadimento beta? Formula:
Ca-47 -> Sc-47 -> Ti-47
La velocità di una particella beta è 0,9 volte la velocità della luce, ovvero 270.000 km/sec.
Non ci sono troppi nuclidi beta-attivi in natura. Ce ne sono pochissimi significativi. Un esempio è il potassio-40, che è solo 119/10.000 in una miscela naturale. Inoltre, tra i significativi radionuclidi naturali beta-meno attivi ci sono i prodotti di decadimento alfa e beta dell'uranio e del torio.
Il decadimento beta ha un tipico esempio: il torio-234, che nel decadimento alfa si trasforma in protoattinio-234, e poi allo stesso modo diventa uranio, ma il suo altro isotopo numero 234. Questo uranio-234 è di nuovo dovuto all'alfa il decadimento diventatorio, ma ne è già una varietà diversa. Questo torio-230 diventa quindi radio-226, che si trasforma in radon. E nella stessa sequenza, fino al tallio, solo con diverse transizioni beta indietro. Questo decadimento beta radioattivo termina con la formazione di piombo-206 stabile. Questa trasformazione ha la seguente formula:
Th-234 -> Pa-234 -> U-234 -> Th-230 -> Ra-226 -> Rn-222 -> At-218 -> Po-214 -> Bi-210 -> Pb-206
I radionuclidi beta attivi naturali e significativi sono il K-40 e gli elementi dal tallio all'uranio.
Decadimento Beta-plus
C'è anche una trasformazione beta plus. È anche chiamato decadimento beta del positrone. Emette una particella chiamata positrone dal nucleo. Il risultato è la trasformazione dell'elemento originale in quello di sinistra, che ha un numero più basso.
Esempio
Quando si verifica il decadimento dell'elettrone beta, il magnesio-23 diventa un isotopo stabile del sodio. L'europio radioattivo-150 diventa samario-150.
La risultante reazione di decadimento beta può creare emissioni beta+ e beta-. La velocità di fuga delle particelle in entrambi i casi è 0,9 volte la velocità della luce.
Altri decadimenti radioattivi
Oltre a reazioni come il decadimento alfa e il decadimento beta, la cui formula è ampiamente nota, esistono altri processi più rari e caratteristici dei radionuclidi artificiali.
Decadimento dei neutroni. Viene emessa una particella neutra di 1 unitàmasse. Durante questo, un isotopo si trasforma in un altro con un numero di massa inferiore. Un esempio potrebbe essere la conversione di litio-9 in litio-8, elio-5 in elio-4.
Quando un isotopo stabile di iodio-127 viene irradiato con raggi gamma, diventa l'isotopo numero 126 e acquisisce radioattività.
Decadimento del protone. È estremamente raro. Durante esso viene emesso un protone con carica di +1 e 1 unità di massa. Il peso atomico diminuisce di un valore.
Qualsiasi trasformazione radioattiva, in particolare il decadimento radioattivo, è accompagnata dal rilascio di energia sotto forma di radiazione gamma. Lo chiamano raggi gamma. In alcuni casi si osservano raggi X a energia inferiore.
Decadimento gamma. È un flusso di quanti gamma. È una radiazione elettromagnetica, più dura dei raggi X, che viene utilizzata in medicina. Di conseguenza, compaiono i gamma quanti, o flussi di energia dal nucleo atomico. Anche i raggi X sono elettromagnetici ma provengono dai gusci di elettroni dell'atomo.
Le particelle alfa corrono
Le particelle alfa con una massa di 4 unità atomiche e una carica di +2 si muovono in linea retta. Per questo motivo, possiamo parlare della gamma di particelle alfa.
Il valore della corsa dipende dall'energia iniziale e varia da 3 a 7 (a volte 13) cm nell'aria. In un mezzo denso, è un centesimo di millimetro. Tale radiazione non può penetrare in un fogliocarta e pelle umana.
A causa della sua massa e del numero di carica, la particella alfa ha il più alto potere ionizzante e distrugge ogni cosa sul suo cammino. A questo proposito, i radionuclidi alfa sono i più pericolosi per l'uomo e gli animali se esposti al corpo.
Penetrazione delle particelle beta
A causa del piccolo numero di massa, che è 1836 volte inferiore a un protone, della carica e delle dimensioni negative, la radiazione beta ha un debole effetto sulla sostanza attraverso la quale vola, ma inoltre il volo è più lungo. Anche il percorso della particella non è rettilineo. A questo proposito si parla di capacità di penetrazione, che dipende dall'energia ricevuta.
Il potere di penetrazione delle particelle beta prodotte durante il decadimento radioattivo raggiunge i 2,3 m nell'aria, nei liquidi viene contato in centimetri e nei solidi - in frazioni di centimetro. I tessuti del corpo umano trasmettono radiazioni profonde 1,2 cm. Per proteggere dalle radiazioni beta, può servire un semplice strato d'acqua fino a 10 cm Il flusso di particelle con un'energia di decadimento sufficientemente elevata di 10 MeV è quasi completamente assorbito da tali strati: aria - 4 m; alluminio - 2,2 cm; ferro - 7,55 mm; piombo - 5, 2 mm.
Date le loro piccole dimensioni, le particelle di radiazione beta hanno una bassa capacità ionizzante rispetto alle particelle alfa. Tuttavia, se ingeriti, sono molto più pericolosi che durante l'esposizione esterna.
Neutroni e gamma hanno attualmente le prestazioni di penetrazione più elevate tra tutti i tipi di radiazioni. La portata di queste radiazioni nell'aria raggiunge talvolta decine e centinaiametri, ma con prestazioni ionizzanti inferiori.
La maggior parte degli isotopi dei raggi gamma non supera 1,3 MeV di energia. Raramente si raggiungono valori di 6,7 MeV. A questo proposito, per proteggere da tali radiazioni, vengono utilizzati strati di acciaio, cemento e piombo per il fattore di attenuazione.
Ad esempio, per attenuare di dieci volte la radiazione gamma del cob alto, è necessaria una schermatura in piombo di circa 5 cm di spessore, per un'attenuazione di 100 volte, sono necessari 9,5 cm La schermatura in calcestruzzo sarà di 33 e 55 cm e l'acqua - 70 e 115 cm.
Le prestazioni ionizzanti dei neutroni dipendono dalle loro prestazioni energetiche.
In ogni situazione, il modo migliore per proteggersi dalle radiazioni è stare il più lontano possibile dalla sorgente e trascorrere il minor tempo possibile nell'area ad alta radiazione.
Fissione di nuclei atomici
Per fissione dei nuclei degli atomi s'intende spontanea, o sotto l'influenza dei neutroni, la divisione del nucleo in due parti, di dimensioni approssimativamente uguali.
Queste due parti diventano isotopi radioattivi degli elementi dalla parte principale della tavola degli elementi chimici. Dal rame ai lantanidi.
Durante il rilascio, un paio di neutroni in più fuoriescono e c'è un eccesso di energia sotto forma di quanti gamma, che è molto maggiore che durante il decadimento radioattivo. Quindi, in un atto di decadimento radioattivo, appare un quanti gamma e durante l'atto di fissione compaiono 8, 10 quanti gamma. Inoltre, i frammenti sparsi hanno una grande energia cinetica, che si trasforma in indicatori termici.
I neutroni rilasciati sono in grado di provocare la separazione di una coppia di nuclei simili se si trovano nelle vicinanze e i neutroni li colpiscono.
Questo aumenta la possibilità di una reazione a catena ramificata e accelerata di scissione di nuclei atomici e creazione di una grande quantità di energia.
Quando una tale reazione a catena è sotto controllo, può essere utilizzata per determinati scopi. Ad esempio, per il riscaldamento o l'elettricità. Tali processi vengono eseguiti presso centrali nucleari e reattori.
Se perdi il controllo della reazione, si verificherà un'esplosione atomica. Simile è usato nelle armi nucleari.
In condizioni naturali, c'è un solo elemento: l'uranio, che ha un solo isotopo fissile con il numero 235. È adatto alle armi.
In un normale reattore atomico all'uranio dall'uranio-238, sotto l'influenza dei neutroni, formano un nuovo isotopo al numero 239, e da esso - il plutonio, che è artificiale e non si trova naturalmente. In questo caso, il plutonio-239 risultante viene utilizzato per scopi di armi. Questo processo di fissione dei nuclei atomici è l'essenza di tutte le armi atomiche e dell'energia.
Fenomeni come il decadimento alfa e il decadimento beta, la cui formula viene studiata a scuola, sono diffusi nel nostro tempo. Grazie a queste reazioni esistono centrali nucleari e molte altre industrie basate sulla fisica nucleare. Tuttavia, non dimenticare la radioattività di molti di questi elementi. Quando si lavora con loro, sono richieste una protezione speciale e il rispetto di tutte le precauzioni. In caso contrario, questo potrebbe portare adisastro irreparabile.
