Алфа-распад

Алфа-распад или α-распад — вид на радиоактивен распад во кој атомското јадро оддава алфа-честичка и на тој начин се преобразува или 'распаѓа' во атом чиј масен број е намален за четири, а атомскиот број е намален за два. Алфа-честичката е идентична со атомоското јадро на хелиум-4, кое се состои од два протони и два неутрони. На пример, ураниум-238 се распаѓа и создава ториум-234:

Визиелен приказ на алфа-распадот

$\mathrm {~_{92}^{238}U} \rightarrow \mathrm {~_{90}^{234}Th} +{\alpha }$

или

$\mathrm {~_{92}^{238}U} \rightarrow \mathrm {~_{90}^{234}Th} +\mathrm {~_{2}^{4}He}$

И масениот број и атомскиот број се запазуваат: масениот број е 238 од левата страна и (234 + 4) на десната страна и атомскиот број е 92 на левата страна и (90 + 2) на десната страна. Алфа-честичките се со полнеж +2, но кога јадрената равенка ја опишува јадрената реакција без да ги земе предвид електроните, тврдење кое не потврдува дека јадрото, со сигурност се случува кај неутралните атоми, при што полнежот не е прикажан.

Алфа-распадот вообичаено се појавува во најтешките нуклиди. Теоретски може да се појави само во јадрото, и тоа за јадра потешки од никел (28 елемент), каде што севкупната енергија на сврзување по нуклеон не е веќе минимална, а нуклидите, пак, токму затоа се нестабилни во однос на спонтаните цепни процеси. Во практиката, оваа постапка на распад е набљудувана само кај нуклиди кои се значително потешки од никелот, при што алфа-оддавачот, кој бил најлесен, се изотопите (масени броеви 106–110) на телурот (52 елемент).

Алфа-распадот досега е најчестиот облик на групен распад, каде што изворниот атом испушта дефиниран ќерка-атом збир на нуклеони, оставајќи друг дефиниран производ задсебе. Тоа е најчестиот облик поради комбинираната сврзувачка енергија, која е екстремно висока, и поради релативно малата маса на алфа-честичките. Како и другите групни-распади, алфа-распадот е основен процес на тунелски ефект. За разлика од бета-распадот, овој распад е предизвикан од взаемното дејство помеѓу јадрената сила и електромагнетимот.

Алфа-честичките имаат вообичаена кинетичка енергија од 5 MeV (или ≈ 0,13% од нивната вкупна енергија, 110 TJ/kg) и имаат брзина од околу 15.000.000 m/s, или 5% од брзината на светлината. Тука има изненадувачки мала промена на оваа енергија, поради големата зависност на полуживотот на овој процес од произведената енергија (Погледајте ги равенките на Гајгер-Натоловиот закон). Поради нивната релативно голема маса, полнежот од +2 и релативно ниската брзина, големи се шансите алфа-честичките да заемодејствуваат со други атоми и да ја предадат својата енергија, а продорноста е ограничена од неколку сантиметри воздух. Околу 99% од хелиумот, кој се произведува на Земјата е резултат од алфа-распадот на подземните резерви на минерали кои содржат ураниум или ториум. Хелиумот се носи до површината како дополнителен производ при производството на природниот гас.

Историја

Поврзано: Алфа-честичка § Историја на употреба и откривање

Алфа-извор поставен под детектор за јонизирачки зрачења

Алфа-честичките за првпат беа опишани во истражувањата за радиоактивноста на Ернест Радерфорд во 1899 година, а во 1907 година тие биле препознаени како He²⁺ јони.

Во 1928 година Георгиј Гамов ја решил теоријата на алфа-распадот преку тунелскиот ефект. Алфа-честичката е затворена во потенцијална јама од јадрото. Воопштено, алфа-честичката не можње да побегне, но според (тогаш) туку што откриените начела на квантната меџаник, има мала (но, не нула) веројатност за „тунелски ефект“ низ потенцијалната бариера и да се појави на другата страна откинувајќи се од јадрото. Гамов реши потенцијален модел за јадрото и воспостави врска од првите начела помеѓу полуживотот на распадот и енергијата на оддавањето, што претходно беше искуствено откриено и познато како Гајер-Натолов закон.

Употреби

Америциум-241, алфа-оддавач се користи во детекторите за чад. Алфа-честичките го јонизираат воздухот во отворена јонска комора, при што слаба струја минува низ јонизираниот воздух. Честичките од чад од огнот кои влегуваат во комората ја намалуваат струјата, со тоа што го вклучуваат алармот за чад. За повеќе информации Погледајте Јонизација - детектор на чад.

Алфа-распадот може да биде сигурен извор на енергија за радиоизотопни термоелектрични генератори кои се користат кај вселенските сонди, а се користат и кај вештачките пејс-мејкери за срце. Заштитата од зрачењето од алфа-распадот е многу поедноставна од онаа за другите облици на радиоактивен распад. На пример за да се заштитиме од зрачењето од Плутониум-238, потребни се само 2,5 mm на олово.

Статичните елиминатори вообичаено користат полониум-210, алфа-оддавач, за да го јонизираат воздухот, дозволувајќи му на 'статичното полнење' побрзо да се испразни.

Штетност

Со оглед на тоа што се релативно тешки и позитивно наелектризирани, алфа-честичките се карактеризирани со многу куса средна слободна патека, и брзо ја губат кинетичката енергија во рамки на куси растојанија од изворот на зачењето. Ова ја зголемува шансата за оштетување на клетките во случај на внатрешно внесување на алфа-извор. Воопштено, надворешното алфа-зрачење не е штетно затоа што алфа-честичките се ефикасно сопрени од неколку сантиметри воздух, парче хартија или тенок слој од клетки од мртва кожа, коишто го сочинуваат епидермисот. Дури и да се допре алфа-извор не е штетно, но многу алфа-извори исто така се придружени со бета-зрачење радио-керќи, а алфа-оддавањето исто така е придружено со оддавање на гама-фотон. Ако супстанциите кои емитираат алфа-честички се впиени, ихалирани, инјектирани или внесени преку кожата, тогаш тоа може да резултира во еквивалентна доза која може да се измери.

Релативниот биолошки ефект (РБЕ) на алфа-зрачењето е повисок за разлика од оној на бега или гама-зрачењето. РБЕ квантитативно ја одредува способноста на зрачењето да предизвика одредени биолошки ефекти,како што се рак или умртвување на клетките, при еквивалентна изложеност на зрачењето. Поголемата вредност за алфа-зрачењето генерално може да се категоризира во високиот коефициент на пренос на линиска енергија, што е околу една јонизација на хемиско врзување за секој ангстрем на патување на алфа-честичка. РБЕ е поставен на вредност од 20 за алфа-зрачењето од неколку владини регулативи. РБЕ е поставен на 10 за озрачувањето на неутрон, а на 1 за бета-зрачењето и јонизирачките фотони.

Но сепак, друга дел на алфа-зрачењето е повратокот од атомот-родител. Овој повраток, кој се должи на запазувањето на импулсот, повеќе се однесува како 'удар' од кундак на пушка кога куршумот оди во спротивниот правец. Ова му дава значителна количина на енергија на атомот кој врши повраток, што исто така предизвикува јонизирачко оштетување (Погледајте јонизирачко зрачење). Вкупната енергија на атомот кој врши повраток може лесно да се пресмета, а тежи отприлика колку алфа-честичка (4 единица за атомска маса) поделена со тежината на родителот (вообичаено околу 200 u) пати од вкупната енергија на алфа-честичката. Некои проценки велат дека ова може да важи за поголемиот дел од оштетувањето при внатрешното зрачење, затоа што атомите кои вршат повраток вообичаено се тешки метали, кои претпочитаат да ги собираат хромозомите. Во некои истражувања, ова довело до РБЕ приближно со вредност од 1.000 спротивно на вредноста која се користи во владините регулативи.

Најголемиот природен придонесувач алфа-зрачењето е радонот, радиоактивен гас кој природно се појавува, а може да се најде во почвата и во каменот. Ако гасот се вдише, тогаш некои од радон-честичките можат да се налепат на внатрешниот дел од белите дробови. Овие честички продолжуваат да се распаѓаат, оддавајќи алфа-честички, кои можат да ги оштетат клетките на белодробното ткиво. Смртта на Марија Кири на 66 годишна возраст од апластична анемија веројатно предизвикана од долга изложеност на високи дози на јонизирачко зрачење, но не е јасно дали е тоа последица од алфа-зрачењето или на бета-зрачењето. Кири многу работела со радиум, кој се распаѓа во радон, плус со други радиоактивни материјали кои оддават бета-зрачење и гама-зрачење. Но, Кири исто така работела со незаштитени рендгенски цевки за време на Првата светска војна. А анализите на нејзиниот скелет за време на повторното погребување покажаа релативно низок степен на радиоизотопна изложеност.

Убиството на рускиот дисидент Александер Литвиненко во 2006 година со радијациско труење се претпоставува дека е спроведено со полониум-210, алфа-оддавач.

Поврзано

• Алфа-честичка
• Бета-распад

Наводи

• Alpha emitters by increasing energy (Appendix 1) Архивирано на 25 февруари 2009 г.

Надворешни врски

• The LIVEChart of Nuclides - IAEA with filter on alpha decay
• Alpha decay with 3 animated examples Архивирано на 29 декември 2020 г. showing the recoil of daughter