La radiació alfa i beta s'anomenen generalment desintegracions radioactives. Aquest és un procés que és l'emissió de partícules subatòmiques des del nucli, que es produeix a una velocitat tremenda. Com a resultat, un àtom o el seu isòtop pot canviar d'un element químic a un altre. Les desintegracions alfa i beta dels nuclis són característiques dels elements inestables. Aquests inclouen tots els àtoms amb un nombre de càrrega superior a 83 i un nombre de massa superior a 209.
Condicions de reacció
La descomposició, com altres transformacions radioactives, és natural i artificial. Aquest últim es produeix a causa de l'entrada d'alguna partícula estranya al nucli. La quantitat de desintegració alfa i beta que pot patir un àtom depèn només de la rapidesa amb què s'arriba a un estat estable.
En circumstàncies naturals, es produeixen desintegracions alfa i beta menys.
En condicions artificials, hi ha neutrons, positrons, protons i altres tipus més rars de desintegracions i transformacions dels nuclis.
Aquests noms els va donar Ernest Rutherford, que va estudiar la radiació radioactiva.
La diferència entre estable i inestablenucli
La capacitat de desintegrar-se depèn directament de l'estat de l'àtom. L'anomenat nucli "estable" o no radioactiu és característic dels àtoms que no es desintegran. En teoria, aquests elements es poden observar indefinidament per tal d'estar finalment convençuts de la seva estabilitat. Això és necessari per separar aquests nuclis dels inestables, que tenen una vida mitjana extremadament llarga.
Per error, un àtom tan "lent" es pot confondre amb un d'estable. Tanmateix, el tel·luri, i més concretament, el seu isòtop número 128, que té una semivida de 2,2·1024 anys, pot ser un exemple sorprenent. Aquest cas no està aïllat. El lantano-138 té una vida mitjana de 1011 anys. Aquest període és trenta vegades l'edat de l'univers existent.
L'essència de la desintegració radioactiva
Aquest procés es fa aleatòriament. Cada radionúclid en descomposició adquireix una velocitat constant per a cada cas. La taxa de decadència no pot canviar sota la influència de factors externs. No importa si una reacció es produirà sota la influència d'una força gravitatòria enorme, a zero absolut, en un camp elèctric i magnètic, durant qualsevol reacció química, etc. El procés només pot ser influenciat per l'impacte directe a l'interior del nucli atòmic, cosa que és pràcticament impossible. La reacció és espontània i depèn només de l'àtom en què es produeix i del seu estat intern.
Quan es refereix a les desintegracions radioactives, s'utilitza sovint el terme "radionúclid". Per als que no ho sónfamiliaritzat, heu de saber que aquesta paraula denota un grup d'àtoms que tenen propietats radioactives, el seu propi nombre de massa, nombre atòmic i estat energètic.
S'utilitzen diversos radionúclids en àrees tècniques, científiques i altres de la vida humana. Per exemple, en medicina, aquests elements s'utilitzen per diagnosticar mal alties, processar medicaments, eines i altres articles. Fins i tot hi ha una sèrie de radiomedicaments terapèutics i pronòstics.
No menys important és la definició de l'isòtop. Aquesta paraula es refereix a un tipus especial d'àtoms. Tenen el mateix nombre atòmic que un element ordinari, però un nombre de massa diferent. Aquesta diferència és causada pel nombre de neutrons, que no afecten la càrrega, com els protons i els electrons, sinó que canvien la seva massa. Per exemple, l'hidrogen simple en té fins a 3. Aquest és l'únic element els isòtops del qual han rebut noms: deuteri, triti (l'únic radioactiu) i proti. En altres casos, els noms es donen segons les masses atòmiques i l'element principal.
Decaïment alfa
Aquesta és una mena de reacció radioactiva. És típic dels elements naturals dels períodes sisè i setè de la taula periòdica dels elements químics. Especialment per a elements artificials o transurani.
Elements subjectes a decadència alfa
El nombre de metalls que es caracteritzen per aquesta decadència inclou el tori, l'urani i altres elements dels períodes sisè i setè de la taula periòdica dels elements químics, comptant des del bismut. El procés també pateix isòtops entre els pesatsarticles.
Què passa durant una reacció?
Quan comença la desintegració alfa, l'emissió del nucli de partícules formades per 2 protons i un parell de neutrons. La partícula emesa en si és el nucli d'un àtom d'heli, amb una massa de 4 unitats i una càrrega de +2.
Com a resultat, apareix un nou element, que es troba a dues cel·les a l'esquerra de l'original a la taula periòdica. Aquesta disposició està determinada pel fet que l'àtom original ha perdut 2 protons i, juntament amb ell, la càrrega inicial. Com a resultat, la massa de l'isòtop resultant es redueix en 4 unitats de massa en comparació amb l'estat inicial.
Exemples
Durant aquesta descomposició, el tori es forma a partir d'urani. Del tori prové el radi, d'ell surt el radó, que finalment dóna poloni, i finalment plom. En aquest procés, es formen isòtops d'aquests elements, i no ells mateixos. Per tant, resulta urani-238, tori-234, radi-230, radó-236 i així successivament, fins a l'aparició d'un element estable. La fórmula per a aquesta reacció és la següent:
Th-234 -> Ra-230 -> Rn-226 -> Po-222 -> Pb-218
La velocitat de la partícula alfa seleccionada en el moment de l'emissió és de 12 a 20 mil km/s. En estar al buit, aquesta partícula donaria la volta al globus en 2 segons, movent-se al llarg de l'equador.
Decaiment beta
La diferència entre aquesta partícula i un electró està en el lloc de l'aparició. La desintegració beta es produeix al nucli d'un àtom, no a la capa d'electrons que l'envolta. La més comuna de totes les transformacions radioactives existents. Es pot observar en gairebé tots els existents actualmentelements químics. D'això se'n dedueix que cada element té almenys un isòtop subjecte a desintegració. En la majoria dels casos, la decadència beta provoca una decadència beta menys.
Flux de reacció
En aquest procés, s'expulsa un electró del nucli, que ha sorgit a causa de la transformació espontània d'un neutró en un electró i un protó. En aquest cas, a causa de la massa més gran, els protons romanen al nucli, i l'electró, anomenada partícula beta menys, abandona l'àtom. I com que hi ha més protons per unitat, el nucli del propi element canvia cap amunt i es troba a la dreta de l'original a la taula periòdica.
Exemples
La desintegració de la beta amb potassi-40 la converteix en un isòtop de calci, que es troba a la dreta. El calci radioactiu-47 es converteix en escandi-47, que es pot convertir en titani-47 estable. Com és aquesta decadència beta? Fórmula:
Ca-47 -> Sc-47 -> Ti-47
La velocitat d'una partícula beta és 0,9 vegades la velocitat de la llum, que és de 270.000 km/s.
No hi ha massa núclids betaactius a la natura. N'hi ha molt pocs de significatius. Un exemple és el potassi-40, que només és 119/10.000 en una barreja natural. A més, entre els radionúclids actius beta-minus naturals significatius es troben els productes de desintegració alfa i beta de l'urani i el tori.
La desintegració beta té un exemple típic: el tori-234, que en la desintegració alfa es converteix en protactini-234, i de la mateixa manera es converteix en urani, però el seu altre isòtop número 234. Aquest urani-234 de nou a causa de l'alfa la decadència esdevétori, però ja una varietat diferent. Aquest tori-230 es converteix llavors en radi-226, que es converteix en radó. I en la mateixa seqüència, fins al tal·li, només amb diferents transicions beta enrere. Aquesta desintegració beta radioactiva acaba amb la formació de plom-206 estable. Aquesta transformació té la fórmula següent:
Th-234 -> Pa-234 -> U-234 -> Th-230 -> Ra-226 -> Rn-222 -> At-218 -> -643452 -643452 -642345 Pb-206
Els radionúclids beta actius naturals i significatius són K-40 i elements des del tal·li fins a l'urani.
caiguda beta-plus
També hi ha una transformació beta plus. També s'anomena desintegració beta de positrons. Emet una partícula anomenada positró del nucli. El resultat és la transformació de l'element original en el de l'esquerra, que té un número inferior.
Exemple
Quan es produeix la desintegració dels electrons beta, el magnesi-23 es converteix en un isòtop estable de sodi. L'europi-150 radioactiu es converteix en samari-150.
La reacció de desintegració beta resultant pot crear emissions beta+ i beta-. La velocitat d'escapament de les partícules en ambdós casos és 0,9 vegades la velocitat de la llum.
Altres desintegracions radioactives
A més de reaccions com la desintegració alfa i la desintegració beta, la fórmula de les quals és àmpliament coneguda, hi ha altres processos més rars i més característics dels radionúclids artificials.
Desintegració dels neutrons. S'emet una partícula neutra d'1 unitatmasses. Durant aquest, un isòtop es converteix en un altre amb un nombre de massa menor. Un exemple seria la conversió de liti-9 a liti-8, heli-5 a heli-4.
Quan un isòtop estable de iode-127 s'irradia amb raigs gamma, es converteix en l'isòtop número 126 i adquireix radioactivitat.
Desintegració de protons. És extremadament rar. Durant ell, s'emet un protó, amb una càrrega de +1 i 1 unitat de massa. El pes atòmic disminueix en un valor.
Qualsevol transformació radioactiva, en particular, les desintegracions radioactives, va acompanyada de l'alliberament d'energia en forma de radiació gamma. En diuen raigs gamma. En alguns casos, s'observen raigs X d'energia més baixa.
Desintegració gamma. És un corrent de quants gamma. És una radiació electromagnètica, més dura que els raigs X, que s'utilitza en medicina. Com a resultat, apareixen quants gamma o flueix energia del nucli atòmic. Els raigs X també són electromagnètics, però s'originen a partir de les capes d'electrons de l'àtom.
Execució de partícules alfa
Les partícules alfa amb una massa de 4 unitats atòmiques i una càrrega de +2 es mouen en línia recta. Per això, podem parlar del rang de partícules alfa.
El valor de la carrera depèn de l'energia inicial i oscil·la entre 3 i 7 (de vegades 13) cm a l'aire. En un medi dens, és una centèsima de mil·límetre. Aquesta radiació no pot penetrar en una làminapaper i pell humana.
A causa de la seva pròpia massa i nombre de càrrega, la partícula alfa té el poder ionitzant més alt i destrueix tot el que està al seu pas. En aquest sentit, els radionúclids alfa són els més perillosos per als humans i els animals quan s'exposen al cos.
Penetració de partícules beta
A causa del petit nombre de massa, que és 1836 vegades menor que un protó, càrrega negativa i mida, la radiació beta té un efecte feble sobre la substància a través de la qual vola, però a més, el vol és més llarg. També el camí de la partícula no és recte. En aquest sentit, parlen de la capacitat de penetració, que depèn de l'energia rebuda.
El poder de penetració de les partícules beta produïdes durant la desintegració radioactiva arriba als 2,3 m en l'aire, en els líquids es compta en centímetres i en els sòlids, en fraccions de centímetre. Els teixits del cos humà transmeten radiació a 1,2 cm de profunditat. Per protegir contra la radiació beta, pot servir una simple capa d'aigua de fins a 10 cm El flux de partícules amb una energia de desintegració prou alta de 10 MeV és gairebé completament absorbit per aquestes capes: aire - 4 m; alumini - 2,2 cm; ferro - 7,55 mm; plom - 5, 2 mm.
Donada la seva petita mida, les partícules de radiació beta tenen una capacitat ionitzant baixa en comparació amb les partícules alfa. Tanmateix, quan s'ingereixen, són molt més perillosos que durant l'exposició externa.
El neutron i la gamma tenen actualment el rendiment de penetració més alt entre tots els tipus de radiació. L'abast d'aquestes radiacions a l'aire de vegades arriba a desenes i centenarsmetres, però amb un rendiment ionitzant més baix.
La majoria dels isòtops dels raigs gamma no superen els 1,3 MeV d'energia. Rarament s'assoleixen valors de 6,7 MeV. En aquest sentit, per protegir-se d'aquesta radiació, s'utilitzen capes d'acer, formigó i plom com a factor d'atenuació.
Per exemple, per atenuar la radiació gamma de cob alt per deu, cal un blindatge de plom d'uns 5 cm de gruix, per a una atenuació de 100, es requereix 9,5 cm. El blindatge de formigó serà de 33 i 55 cm i l'aigua - 70 i 115 cm.
El rendiment ionitzant dels neutrons depèn del seu rendiment energètic.
En qualsevol situació, la millor manera de protegir-se de la radiació és mantenir-se el més lluny possible de la font i passar el mínim temps possible a la zona d' alta radiació.
Fissió de nuclis atòmics
Sota la fissió dels nuclis dels àtoms s'entén espontània, o sota la influència dels neutrons, la divisió del nucli en dues parts, aproximadament iguals en grandària.
Aquestes dues parts es converteixen en isòtops radioactius d'elements de la part principal de la taula d'elements químics. Començant des del coure fins als lantànids.
Durant l'alliberament, un parell de neutrons addicionals escapen i hi ha un excés d'energia en forma de quants gamma, molt més gran que durant la desintegració radioactiva. Així, en un acte de desintegració radioactiva, apareix un quanta gamma, i durant l'acte de fissió, apareixen 8, 10 quants gamma. A més, els fragments dispersos tenen una gran energia cinètica, que es converteix en indicadors tèrmics.
Els neutrons alliberats són capaços de provocar la separació d'un parell de nuclis similars si es troben a prop i els neutrons els impacten.
Això augmenta la possibilitat d'una ramificació, acceleració de la reacció en cadena de la divisió de nuclis atòmics i la creació d'una gran quantitat d'energia.
Quan aquesta reacció en cadena està sota control, es pot utilitzar per a determinades finalitats. Per exemple, per a calefacció o electricitat. Aquests processos es duen a terme a les centrals nuclears i als reactors.
Si perds el control de la reacció, es produirà una explosió atòmica. S'utilitza similar a les armes nuclears.
En condicions naturals, només hi ha un element: l'urani, que només té un isòtop fissil amb el número 235. És de qualitat per a armes.
En un reactor atòmic d'urani normal de l'urani-238, sota la influència dels neutrons, formen un nou isòtop al número 239, i a partir d'ell - el plutoni, que és artificial i no es produeix de manera natural. En aquest cas, el plutoni-239 resultant s'utilitza amb finalitats d'armes. Aquest procés de fissió dels nuclis atòmics és l'essència de totes les armes i l'energia atòmiques.
Fenòmens com la desintegració alfa i la decadència beta, la fórmula de les quals s'estudia a l'escola, estan molt estès en els nostres temps. Gràcies a aquestes reaccions, hi ha centrals nuclears i moltes altres indústries basades en la física nuclear. Tanmateix, no us oblideu de la radioactivitat de molts d'aquests elements. Quan es treballa amb ells, cal una protecció especial i el compliment de totes les precaucions. En cas contrari, això pot provocardesastre irreparable.
