Alfa- ja beetakiirgust nimetatakse üldiselt radioaktiivseks lagunemiseks. See on protsess, mille käigus eraldub tuumast tohutu kiirusega subatomaarseid osakesi. Selle tulemusena võib aatom või selle isotoop muutuda ühest keemilisest elemendist teise. Tuumade alfa- ja beetalagunemine on iseloomulik ebastabiilsetele elementidele. Nende hulka kuuluvad kõik aatomid, mille laengu number on suurem kui 83 ja massiarv suurem kui 209.
Reaktsioonitingimused
Lagunemine, nagu ka teised radioaktiivsed muundumised, on loomulik ja kunstlik. Viimane tekib mõne võõrosakese sattumise tõttu tuuma. Kui palju alfa- ja beetalagunemist aatom läbi võib teha, sõltub ainult sellest, kui kiiresti stabiilne olek saavutatakse.
Looduslikes tingimustes toimub alfa- ja beeta-miinus lagunemine.
Kunstlikes tingimustes esinevad neutronid, positronid, prootonid ja muud, haruldasemad tuumade lagunemise ja muundumised.
Need nimed pani Ernest Rutherford, kes uuris radioaktiivset kiirgust.
Erinevus stabiilse ja ebastabiilse vaheltuum
Lagunemisvõime sõltub otseselt aatomi olekust. Nn "stabiilne" ehk mitteradioaktiivne tuum on iseloomulik mittelagunevatele aatomitele. Teoreetiliselt võib selliseid elemente jälgida lõputult, et nende stabiilsuses lõplikult veenduda. See on vajalik selliste tuumade eraldamiseks ebastabiilsetest tuumadest, millel on äärmiselt pikk poolestusaeg.
Kogemata võib sellist "aeglast" aatomit segi ajada stabiilsega. Ilmekaks näiteks võib olla telluur ja täpsem alt selle isotoop number 128, mille poolestusaeg on 2,2·1024 aastat. See juhtum ei ole isoleeritud. Lantaan-138 poolestusaeg on 1011 aastat. See periood on kolmkümmend korda vanem kui olemasoleva universumi vanus.
Radioaktiivse lagunemise olemus
See protsess toimub juhuslikult. Iga lagunev radionukliid omandab kiiruse, mis on igal juhul konstantne. Lagunemiskiirus ei saa muutuda välistegurite mõjul. Pole tähtis, kas reaktsioon toimub tohutu gravitatsioonijõu mõjul absoluutses nullpunktis, elektri- ja magnetväljas, mis tahes keemilise reaktsiooni käigus jne. Protsessi saab mõjutada ainult otsene mõju aatomituuma sisemusele, mis on praktiliselt võimatu. Reaktsioon on spontaanne ja sõltub ainult aatomist, milles see kulgeb, ja selle sisemisest olekust.
Radioaktiivsetele lagunemistele viidates kasutatakse sageli terminit "radionukliid". Neile, kes ei oleKui olete sellega tuttav, peaksite teadma, et see sõna tähistab aatomite rühma, millel on radioaktiivsed omadused, oma massiarv, aatomarv ja energia olek.
Erinevaid radionukliide kasutatakse tehnika-, teadus- ja muudes inimelu valdkondades. Näiteks meditsiinis kasutatakse neid elemente haiguste diagnoosimisel, ravimite, tööriistade ja muude esemete töötlemisel. On isegi mitmeid terapeutilisi ja prognostilisi raadioravimeid.
Vähem oluline pole isotoobi määratlus. See sõna viitab teatud tüüpi aatomitele. Neil on sama aatomnumber kui tavalisel elemendil, kuid erinev massiarv. Selle erinevuse põhjustab neutronite arv, mis ei mõjuta laengut nagu prootonid ja elektronid, vaid muudavad nende massi. Näiteks lihtsal vesinikul on neid lausa 3. See on ainuke element, mille isotoopidele on antud nimed: deuteerium, triitium (ainus radioaktiivne) ja protium. Muudel juhtudel antakse nimed aatommasside ja põhielemendi järgi.
Alfa lagunemine
See on omamoodi radioaktiivne reaktsioon. See on tüüpiline keemiliste elementide perioodilisuse tabeli kuuenda ja seitsmenda perioodi looduslikele elementidele. Eriti kunstlike või transuraanelementide jaoks.
Alfa-lagunemisele kuuluvad elemendid
Metallide arv, mida see lagunemine iseloomustab, hõlmavad tooriumi, uraani ja muid kuuenda ja seitsmenda perioodi elemente keemiliste elementide perioodilisest tabelist, alates vismutist. Protsessis läbivad ka raskete isotoobidüksused.
Mis juhtub reaktsiooni ajal?
Kui algab alfalagunemine, eraldub tuumast osakesi, mis koosnevad kahest prootonist ja paarist neutronipaarist. Eraldatud osake ise on heeliumi aatomi tuum, mille mass on 4 ühikut ja laeng +2.
Selle tulemusena ilmub uus element, mis asub perioodilisustabelis originaalist kaks lahtrit vasakul. Selle paigutuse määrab asjaolu, et algne aatom on kaotanud 2 prootonit ja koos sellega ka esialgse laengu. Selle tulemusena väheneb saadud isotoobi mass algolekuga võrreldes 4 massiühiku võrra.
Näited
Selle lagunemise käigus tekib uraanist toorium. Tooriumist tuleb raadium, sellest radoon, mis lõpuks annab polooniumi, ja lõpuks plii. Selle protsessi käigus moodustuvad nende elementide isotoobid, mitte nemad ise. Nii selgub uraan-238, toorium-234, raadium-230, radoon-236 ja nii edasi kuni stabiilse elemendi ilmumiseni. Sellise reaktsiooni valem on järgmine:
Th-234 -> Ra-230 -> Rn-226 -> Po-222 -> Pb-218
Valitud alfaosakese kiirus emissiooni hetkel on 12 kuni 20 tuhat km/sek. Vaakumis olles teeks selline osake mööda ekvaatorit liikudes ümber maakera 2 sekundiga ümber.
Beeta lagunemine
Selle osakese ja elektroni erinevus seisneb ilmumiskohas. Beeta lagunemine toimub aatomi tuumas, mitte seda ümbritsevas elektronkihis. Kõige tavalisem kõigist olemasolevatest radioaktiivsetest transformatsioonidest. Seda võib täheldada peaaegu kõigis praegu olemasolevateskeemilised elemendid. Sellest järeldub, et igal elemendil on vähem alt üks lagunemisele alluv isotoop. Enamikul juhtudel põhjustab beeta-lagunemine beeta-miinus lagunemist.
Reaktsioonivoog
Selles protsessis väljutatakse tuumast elektron, mis on tekkinud neutroni spontaanse muutumise tõttu elektroniks ja prootoniks. Sel juhul jäävad suurema massi tõttu tuumasse prootonid ja elektron, mida nimetatakse beeta-miinusosakeseks, lahkub aatomist. Ja kuna ühiku kohta on rohkem prootoneid, muutub elemendi enda tuum ülespoole ja paikneb perioodilisuse tabelis originaalist paremal.
Näited
Beeta lagunemine kaalium-40 abil muudab selle k altsiumi isotoobiks, mis asub paremal. Radioaktiivne k altsium-47 muutub skandium-47-ks, mis võib muutuda stabiilseks titaan-47-ks. Kuidas see beeta-lagunemine välja näeb? Valem:
Ca-47 -> Sc-47 -> Ti-47
Beetaosakese kiirus on 0,9 korda suurem valguse kiirusest, mis on 270 000 km/s.
Looduses ei leidu liiga palju beetaaktiivseid nukliide. Märkimisväärseid on väga vähe. Näiteks kaalium-40, mida on looduslikus segus vaid 119/10 000. Lisaks on oluliste looduslike beeta-miinusaktiivsete radionukliidide hulgas uraani ja tooriumi alfa- ja beeta-lagunemissaadused.
Beeta-lagunemisel on tüüpiline näide: toorium-234, mis alfalagunemisel muutub protaktiinium-234-ks ja seejärel samamoodi uraaniks, kuid selle teise isotoobi number 234. See uraan-234 jälle alfa tõttu. lagunemine muutubtoorium, kuid juba selle erinev sort. Sellest toorium-230-st saab seejärel raadium-226, mis muutub radooniks. Ja samas järjekorras, kuni talliumini, ainult erinevate beeta üleminekutega tagasi. See radioaktiivne beeta-lagunemine lõpeb stabiilse plii-206 moodustumisega. Sellel teisendusel on järgmine valem:
Th-234 -> Pa-234 -> U-234 -> Th-230 -> Ra-226 -> Rn-222 -> At-218 -> At-218 -> At-218 -203452 At-218 -26-34-34-345-643 Pb-206
Looduslikud ja olulised beetaaktiivsed radionukliidid on K-40 ja elemendid talliumist uraanini.
Beeta-pluss lagunemine
Seal on ka beeta-pluss teisendus. Seda nimetatakse ka positroni beeta lagunemiseks. See kiirgab tuumast osakest, mida nimetatakse positroniks. Tulemuseks on algse elemendi teisendamine vasakpoolseks elemendiks, millel on väiksem number.
Näide
Elektronide beeta-lagunemisel muutub magneesium-23 naatriumi stabiilseks isotoobiks. Radioaktiivne euroopium-150 muutub samarium-150.
Saadud beeta-lagunemisreaktsioon võib tekitada beeta+ ja beeta-emissioone. Osakeste põgenemiskiirus on mõlemal juhul 0,9 korda suurem kui valguse kiirus.
Muud radioaktiivsed lagunemised
Lisaks sellistele reaktsioonidele nagu alfa- ja beeta-lagunemine, mille valem on lai alt tuntud, on ka teisi protsesse, mis on haruldasemad ja tehisradionukliididele iseloomulikumad.
Neutronite lagunemine. Eraldatakse 1 ühiku suurune neutraalne osakemassid. Selle käigus muutub üks isotoop teiseks väiksema massiarvuga. Näiteks liitium-9 muundamine liitium-8-ks, heelium-5 muundamine heelium-4-ks.
Kui jood-127 stabiilset isotoopi kiiritatakse gammakiirgusega, muutub see isotoobiks number 126 ja omandab radioaktiivsuse.
Prootoni lagunemine. See on äärmiselt haruldane. Selle käigus eraldub prooton, mille laeng on +1 ja 1 massiühik. Aatommass väheneb ühe väärtuse võrra.
Iga radioaktiivse transformatsiooniga, eriti radioaktiivse lagunemisega, kaasneb energia vabanemine gammakiirguse kujul. Nad kutsuvad seda gammakiirguseks. Mõnel juhul täheldatakse madalama energiaga röntgenikiirgust.
Gamma lagunemine. See on gammakvantide voog. See on elektromagnetkiirgus, tugevam kui röntgenikiirgus, mida kasutatakse meditsiinis. Selle tulemusena tekivad gamma kvantid ehk energia voolab aatomituumast. Röntgenikiirgus on samuti elektromagnetiline, kuid pärineb aatomi elektronkihtidest.
Alfa osakesed jooksevad
Alfa osakesed massiga 4 aatomiühikut ja laenguga +2 liiguvad sirgjooneliselt. Seetõttu saame rääkida alfaosakeste vahemikust.
Jooksu väärtus sõltub algenergiast ja jääb õhus vahemikku 3–7 (mõnikord 13) cm. Tihedas keskkonnas on see millimeetri sajandik. Selline kiirgus ei suuda lehte läbidapaber ja inimese nahk.
Oma massi- ja laengunumbri tõttu on alfaosakesel suurim ioniseeriv jõud ja see hävitab kõik, mis tema teel on. Sellega seoses on alfa-radionukliidid inimestele ja loomadele kehaga kokkupuutel kõige ohtlikumad.
Beetaosakeste läbitung
Väikese massiarvu, mis on prootonist 1836 korda väiksem, negatiivse laengu ja suuruse tõttu mõjub beetakiirgus ainele, millest see läbi lendab, nõrg alt, kuid pealegi on lend pikem. Samuti ei ole osakese tee sirge. Sellega seoses räägitakse läbitungimisvõimest, mis sõltub vastuvõetud energiast.
Radioaktiivse lagunemise käigus tekkivate beetaosakeste läbitungimisvõime ulatub õhus 2,3 m-ni, vedelikes loetakse seda sentimeetrites ja tahketes ainetes - sentimeetri murdosades. Inimkeha koed edastavad 1,2 cm sügavust kiirgust. Beetakiirguse eest kaitsmiseks võib olla lihtne kuni 10 cm veekiht Piisav alt suure lagunemisenergiaga 10 MeV osakeste voog neeldub peaaegu täielikult sellistes kihtides: õhk - 4 m; alumiinium - 2,2 cm; raud - 7,55 mm; plii – 5,2 mm.
Arvestades nende väikest suurust, on beetakiirgusosakestel alfaosakestega võrreldes madal ioniseerimisvõime. Allaneelamisel on need aga palju ohtlikumad kui välise kokkupuute korral.
Neutronitel ja gammal on praegu kõigist kiirgusliikidest suurim läbitungimisvõime. Nende kiirguste ulatus õhus ulatub mõnikord kümnetesse ja sadadessemeetrit, kuid madalama ioniseeriva jõudlusega.
Enamik gammakiirte isotoope ei ületa energiat 1,3 MeV. Harva saavutatakse väärtused 6,7 MeV. Sellega seoses kasutatakse sellise kiirguse eest kaitsmiseks sumbumistegurina terase-, betooni- ja pliikihte.
Näiteks koob alti gammakiirguse kümnekordseks summutamiseks on vaja umbes 5 cm paksust pliivarjestust, 100-kordseks sumbumiseks on vaja 9,5 cm Betooni varjestus on 33 ja 55 cm ning vesi - 70 cm ja 115 cm.
Neutronite ioniseerimisvõime sõltub nende energiatõhususest.
Igas olukorras on parim viis kiirguse eest kaitsmiseks olla kiirgusallikast võimalikult kaugel ja viibida võimalikult vähe aega kõrge kiirgusega piirkonnas.
Aatomituumade lõhustumine
Aatomituumade lõhustumise all mõeldakse iseeneslikku või neutronite mõju all toimuvat tuuma jagunemist kaheks, ligikaudu võrdse suurusega osaks.
Neist kahest osast saavad keemiliste elementide tabeli põhiosa elementide radioaktiivsed isotoobid. Alates vasest kuni lantaniidideni.
Väljumise ajal pääseb paar lisaneutronit välja ja gammakvantide kujul tekib üleliigne energia, mis on palju suurem kui radioaktiivse lagunemise ajal. Niisiis, ühes radioaktiivse lagunemise aktis ilmub üks gamma-kvant ja lõhustumise ajal 8, 10 gamma-kvanti. Samuti on hajutatud fragmentidel suur kineetiline energia, mis muutub termilisteks indikaatoriteks.
Vabastunud neutronid on võimelised esile kutsuma sarnaste tuumade paari eraldumist, kui need asuvad läheduses ja neutronid neid tabavad.
See suurendab hargnevate, kiirendavate aatomituumade lõhenemise ja suure energiakoguse tekitamise ahelreaktsiooni võimalust.
Kui selline ahelreaktsioon on kontrolli all, saab seda teatud eesmärkidel kasutada. Näiteks kütte või elektri jaoks. Selliseid protsesse viiakse läbi tuumaelektrijaamades ja reaktorites.
Kui kaotate reaktsiooni üle kontrolli, toimub aatomiplahvatus. Sarnast kasutatakse tuumarelvades.
Looduslikes tingimustes on ainult üks element - uraan, millel on ainult üks lõhustuv isotoop numbriga 235. See on relvakvaliteediga.
Tavalises uraani aatomireaktoris uraan-238-st moodustavad nad neutronite mõjul uue isotoobi numbriga 239 ja sellest plutooniumi, mis on tehislik ja looduslikult ei esine. Sel juhul kasutatakse saadud plutoonium-239 relvade jaoks. See aatomituumade lõhustumise protsess on kõigi aatomirelvade ja -energia olemus.
Nähtused nagu alfa- ja beetalagunemine, mille valemit koolis uuritakse, on meie ajal lai alt levinud. Tänu nendele reaktsioonidele on olemas tuumaelektrijaamad ja paljud teised tuumafüüsikal põhinevad tööstusharud. Kuid ärge unustage paljude nende elementide radioaktiivsust. Nendega töötades on vajalik eriline kaitse ja kõigi ettevaatusabinõude järgimine. Vastasel juhul võib see kaasa tuuaparandamatu katastroof.
