Alpha- und Betastrahlung werden allgemein als radioaktive Zerfälle bezeichnet. Dies ist ein Prozess, bei dem subatomare Teilchen aus dem Kern emittiert werden, der mit enormer Geschwindigkeit abläuft. Infolgedessen kann ein Atom oder sein Isotop von einem chemischen Element zu einem anderen wechseln. Alpha- und Beta-Zerfälle von Kernen sind charakteristisch für instabile Elemente. Dazu gehören alle Atome mit einer Ladungszahl größer 83 und einer Massenzahl größer 209.
Reaktionsbedingungen
Zersetzung ist wie andere radioaktive Umwandlungen natürlich und künstlich. Letzteres tritt aufgrund des Eindringens einiger Fremdpartikel in den Kern auf. Wie viel Alpha- und Beta-Zerfall ein Atom durchmachen kann, hängt nur davon ab, wie schnell ein stabiler Zustand erreicht wird.
Unter natürlichen Umständen treten Alpha- und Beta-Minus-Zerfälle auf.
Unter künstlichen Bedingungen sind Neutronen, Positronen, Protonen und andere, seltenere Arten von Zerfällen und Kernumwandlungen vorhanden.
Diese Namen wurden von Ernest Rutherford vergeben, der radioaktive Strahlung untersuchte.
Der Unterschied zwischen stabil und instabilKern
Die Fähigkeit zum Zerfall hängt direkt vom Zustand des Atoms ab. Der sogenannte "stabile" oder nicht radioaktive Kern ist charakteristisch für nicht zerfallende Atome. Theoretisch lassen sich solche Elemente unbegrenzt beobachten, um sich endgültig von ihrer Stabilität zu überzeugen. Dies ist erforderlich, um solche Kerne von instabilen zu trennen, die eine extrem lange Halbwertszeit haben.
Ein solches "langsames" Atom kann fälschlicherweise mit einem stabilen verwechselt werden. Tellur und insbesondere sein Isotop Nummer 128, das eine Halbwertszeit von 2,2·1024 Jahren hat, kann jedoch ein markantes Beispiel sein. Dieser Fall ist kein Einzelfall. Lanthan-138 hat eine Halbwertszeit von 1011 Jahren. Dieser Zeitraum ist dreißigmal so alt wie das existierende Universum.
Die Essenz des radioaktiven Zerfalls
Dieser Vorgang geschieht zufällig. Jedes zerfallende Radionuklid erhält eine jeweils konstante Geschwindigkeit. Die Zerfallsrate kann sich unter dem Einfluss äußerer Faktoren nicht ändern. Es spielt keine Rolle, ob eine Reaktion unter dem Einfluss einer enormen Gravitationskraft, am absoluten Nullpunkt, in einem elektrischen und magnetischen Feld, während irgendeiner chemischen Reaktion und so weiter stattfindet. Beeinflusst werden kann der Vorgang nur durch direkte Einwirkung auf das Innere des Atomkerns, was praktisch unmöglich ist. Die Reaktion ist spontan und hängt nur von dem Atom ab, in dem sie abläuft, und seinem inneren Zustand.
Im Zusammenhang mit radioaktiven Zerfällen wird häufig der Begriff "Radionuklid" verwendet. Für diejenigen, die es nicht sindWenn Sie damit vertraut sind, sollten Sie wissen, dass dieses Wort eine Gruppe von Atomen bezeichnet, die radioaktive Eigenschaften, ihre eigene Massenzahl, Ordnungszahl und ihren eigenen Energiestatus haben.
Verschiedene Radionuklide werden in technischen, wissenschaftlichen und anderen Bereichen des menschlichen Lebens eingesetzt. In der Medizin werden diese Elemente beispielsweise zur Diagnose von Krankheiten, zur Verarbeitung von Medikamenten, Werkzeugen und anderen Gegenständen verwendet. Es gibt sogar eine Reihe von therapeutischen und prognostischen Radiopharmaka.
Nicht weniger wichtig ist die Definition des Isotops. Dieses Wort bezieht sich auf eine besondere Art von Atomen. Sie haben die gleiche Ordnungszahl wie ein gewöhnliches Element, aber eine andere Massenzahl. Dieser Unterschied wird durch die Anzahl der Neutronen verursacht, die nicht wie Protonen und Elektronen die Ladung beeinflussen, sondern ihre Masse ändern. Zum Beispiel hat einfacher Wasserstoff bis zu 3. Dies ist das einzige Element, dessen Isotope Namen erh alten haben: Deuterium, Tritium (das einzige radioaktive) und Protium. In anderen Fällen werden die Namen nach den Atommassen und dem Hauptelement vergeben.
Alphazerfall
Das ist eine Art radioaktive Reaktion. Es ist typisch für natürliche Elemente aus der sechsten und siebten Periode des Periodensystems der chemischen Elemente. Speziell für künstliche oder Transurane.
Alphazerfall unterliegende Elemente
Zu den Metallen, die durch diesen Zerfall gekennzeichnet sind, gehören Thorium, Uran und andere Elemente der sechsten und siebten Periode des Periodensystems der chemischen Elemente, beginnend mit Wismut. Der Prozess erfährt auch unter den schweren IsotopenArtikel.
Was passiert bei einer Reaktion?
Wenn der Alpha-Zerfall beginnt, die Emission von Teilchen aus dem Kern, die aus 2 Protonen und einem Paar Neutronen bestehen. Das emittierte Teilchen selbst ist der Kern eines Heliumatoms mit einer Masse von 4 Einheiten und einer Ladung von +2.
Als Ergebnis erscheint ein neues Element, das im Periodensystem zwei Zellen links vom Original steht. Diese Anordnung wird durch die Tatsache bestimmt, dass das ursprüngliche Atom 2 Protonen und damit die Anfangsladung verloren hat. Dadurch verringert sich die Masse des entstehenden Isotops gegenüber dem Ausgangszustand um 4 Masseneinheiten.
Beispiele
Bei diesem Zerfall wird Thorium aus Uran gebildet. Aus Thorium wird Radium, daraus Radon, das schließlich Polonium ergibt, und schließlich Blei. Dabei entstehen Isotope dieser Elemente und nicht sie selbst. Es stellt sich also heraus, dass Uran-238, Thorium-234, Radium-230, Radon-236 usw. bis zum Auftreten eines stabilen Elements vorhanden sind. Die Formel für eine solche Reaktion lautet wie folgt:
Th-234 -> Ra-230 -> Rn-226 -> Po-222 -> Pb-218
Die Geschwindigkeit des ausgewählten Alphateilchens zum Zeitpunkt der Emission beträgt 12 bis 20.000 km/s. In einem Vakuum würde ein solches Teilchen den Globus in 2 Sekunden umrunden und sich entlang des Äquators bewegen.
Betazerfall
Der Unterschied zwischen diesem Teilchen und einem Elektron liegt im Erscheinungsort. Der Beta-Zerfall findet im Kern eines Atoms statt, nicht in der ihn umgebenden Elektronenhülle. Die häufigste aller existierenden radioaktiven Transformationen. Es kann in fast allen derzeit bestehenden beobachtet werdenchemische Elemente. Daraus folgt, dass jedes Element mindestens ein dem Zerfall unterliegendes Isotop besitzt. In den meisten Fällen führt der Beta-Zerfall zu einem Beta-Minus-Zerfall.
Reaktionsablauf
Bei diesem Vorgang wird ein Elektron aus dem Kern herausgeschleudert, der durch die spontane Umwandlung eines Neutrons in ein Elektron und ein Proton entstanden ist. In diesem Fall verbleiben aufgrund der größeren Masse Protonen im Kern und das Elektron, Beta-Minus-Teilchen genannt, verlässt das Atom. Und da mehr Protonen pro Einheit vorhanden sind, verändert sich der Kern des Elements selbst nach oben und steht im Periodensystem rechts vom Original.
Beispiele
Der Zerfall von Beta mit Kalium-40 verwandelt es in ein Calcium-Isotop, das sich auf der rechten Seite befindet. Radioaktives Calcium-47 wird zu Scandium-47, das sich in stabiles Titan-47 verwandeln kann. Wie sieht dieser Beta-Zerfall aus? Formel:
Ca-47 -> Sc-47 -> Ti-47
Die Geschwindigkeit eines Betateilchens beträgt das 0,9-fache der Lichtgeschwindigkeit, was 270.000 km/s entspricht.
Es gibt nicht allzu viele beta-aktive Nuklide in der Natur. Es gibt nur sehr wenige bedeutende. Ein Beispiel ist Kalium-40, das in einer natürlichen Mischung nur 119/10.000 beträgt. Zu den bedeutenden natürlichen beta-minus-aktiven Radionukliden gehören auch die Alpha- und Beta-Zerfallsprodukte von Uran und Thorium.
Beta-Zerfall hat ein typisches Beispiel: Thorium-234, das sich beim Alpha-Zerfall in Protactinium-234 verwandelt und dann auf die gleiche Weise zu Uran wird, aber seine andere Isotopennummer 234. Dieses Uran-234 wiederum aufgrund von Alpha Verfall wirdThorium, aber schon eine andere Sorte davon. Dieses Thorium-230 wird dann zu Radium-226, das wiederum zu Radon wird. Und in der gleichen Reihenfolge, bis Thallium, nur mit unterschiedlichen Beta-Übergängen zurück. Dieser radioaktive Beta-Zerfall endet mit der Bildung von stabilem Blei-206. Diese Transformation hat die folgende Formel:
Th-234 -> Pa-234 -> U-234 -> Th-230 -> Ra-226 -> Rn-222 -> At-218 -> Po-214 -> Bi-210 -> Pb-206
Natürliche und signifikante beta-aktive Radionuklide sind K-40 und Elemente von Thallium bis Uran.
Beta-Plus-Zerfall
Es gibt auch eine Beta-Plus-Transformation. Er wird auch als Positronen-Beta-Zerfall bezeichnet. Es emittiert ein Teilchen namens Positron aus dem Kern. Das Ergebnis ist die Umwandlung des ursprünglichen Elements in das linke Element mit niedrigerer Nummer.
Beispiel
Beim Elektronen-Beta-Zerfall wird Magnesium-23 zu einem stabilen Isotop von Natrium. Aus radioaktivem Europium-150 wird Samarium-150.
Die resultierende Beta-Zerfallsreaktion kann Beta+- und Beta-Emissionen erzeugen. Die Teilchenaustrittsgeschwindigkeit beträgt in beiden Fällen die 0,9-fache Lichtgeschwindigkeit.
Andere radioaktive Zerfälle
Neben Reaktionen wie Alpha-Zerfall und Beta-Zerfall, deren Formel weithin bekannt ist, gibt es andere Prozesse, die seltener und charakteristischer für künstliche Radionuklide sind.
Neutronenzerfall. Ein neutrales Teilchen von 1 Einheit wird emittiertMassen. Dabei verwandelt sich ein Isotop in ein anderes mit kleinerer Massenzahl. Ein Beispiel wäre die Umwandlung von Lithium-9 in Lithium-8, Helium-5 in Helium-4.
Wenn ein stabiles Jod-127-Isotop mit Gammastrahlen bestrahlt wird, wird es zum Isotop Nummer 126 und erhält Radioaktivität.
Protonenzerfall. Es ist extrem selten. Dabei wird ein Proton mit einer Ladung von +1 und 1 Masseneinheit emittiert. Das Atomgewicht verringert sich um einen Wert.
Jede radioaktive Umwandlung, insbesondere radioaktiver Zerfall, geht mit der Freisetzung von Energie in Form von Gammastrahlung einher. Sie nennen es Gammastrahlen. In einigen Fällen werden Röntgenstrahlen mit niedrigerer Energie beobachtet.
Gammazerfall. Es ist ein Strom von Gammaquanten. Es ist elektromagnetische Strahlung, härter als Röntgenstrahlen, die in der Medizin verwendet wird. Als Folge treten Gammaquanten auf oder es fließt Energie aus dem Atomkern. Röntgenstrahlen sind ebenfalls elektromagnetisch, stammen aber aus den Elektronenhüllen des Atoms.
Alphateilchen laufen
Alphateilchen mit einer Masse von 4 atomaren Einheiten und einer Ladung von +2 bewegen sich in einer geraden Linie. Aus diesem Grund können wir über den Bereich der Alphateilchen sprechen.
Der Wert des Laufs hängt von der Anfangsenergie ab und reicht von 3 bis 7 (manchmal 13) cm in der Luft. In einem dichten Medium ist es ein Hundertstel Millimeter. Eine solche Strahlung kann ein Blech nicht durchdringenPapier und menschliche Haut.
Aufgrund seiner eigenen Masse und Ladungszahl hat das Alphateilchen die höchste ionisierende Kraft und zerstört alles auf seinem Weg. In dieser Hinsicht sind Alpha-Radionuklide am gefährlichsten für Mensch und Tier, wenn sie dem Körper ausgesetzt sind.
Penetration von Beta-Partikeln
Aufgrund der kleinen Massenzahl, die 1836-mal kleiner ist als ein Proton, negativer Ladung und Größe, hat Betastrahlung eine schwache Wirkung auf die Substanz, durch die sie fliegt, aber außerdem dauert der Flug länger. Auch der Weg des Teilchens ist nicht gerade. Sie sprechen in diesem Zusammenhang von Durchdringungsfähigkeit, die von der empfangenen Energie abhängt.
Die Durchdringungskraft von Betateilchen, die beim radioaktiven Zerfall entstehen, erreicht in Luft 2,3 m, in Flüssigkeiten wird sie in Zentimetern und in Feststoffen in Bruchteilen von Zentimetern gezählt. Das Gewebe des menschlichen Körpers überträgt Strahlung 1,2 cm tief. Zum Schutz vor Betastrahlung kann eine einfache Wasserschicht von bis zu 10 cm dienen, der Partikelstrom mit einer ausreichend hohen Zerfallsenergie von 10 MeV wird von solchen Schichten fast vollständig absorbiert: Luft - 4 m; Aluminium - 2,2 cm; Eisen - 7,55 mm; Blei - 5, 2 mm.
Aufgrund ihrer geringen Größe haben Betastrahlungsteilchen im Vergleich zu Alphateilchen eine geringe ionisierende Kapazität. Beim Verschlucken sind sie jedoch viel gefährlicher als bei äußerer Einwirkung.
Neutron und Gamma haben derzeit die höchste Durchdringungsleistung unter allen Strahlungsarten. Die Reichweite dieser Strahlungen in der Luft erreicht manchmal Dutzende und HunderteMeter, aber mit geringerer Ionisierungsleistung.
Die meisten Isotope von Gammastrahlen überschreiten eine Energie von 1,3 MeV nicht. Selten werden Werte von 6,7 MeV erreicht. Dabei werden zum Schutz vor solchen Strahlungen Schichten aus Stahl, Beton und Blei für den Dämpfungsfaktor verwendet.
Um beispielsweise die Kob alt-Gammastrahlung zehnfach zu dämpfen, ist eine Bleiabschirmung von etwa 5 cm Dicke erforderlich, für eine 100-fache Dämpfung sind 9,5 cm erforderlich. Die Betonabschirmung beträgt 33 und 55 cm und die Wasserabschirmung 70 und 115 cm.
Die Ionisierungsleistung von Neutronen hängt von ihrer Energieleistung ab.
In jeder Situation ist der beste Weg, sich vor Strahlung zu schützen, so weit wie möglich von der Quelle entfernt zu bleiben und so wenig Zeit wie möglich im Bereich mit hoher Strahlung zu verbringen.
Sp altung von Atomkernen
Unter der Kernsp altung von Atomen versteht man spontan oder unter dem Einfluss von Neutronen die Teilung des Kerns in zwei etwa gleich große Teile.
Diese beiden Teile werden zu radioaktiven Isotopen von Elementen aus dem Hauptteil der Tabelle der chemischen Elemente. Angefangen von Kupfer bis zu Lanthanoiden.
Während der Freisetzung entweichen ein paar zusätzliche Neutronen und es entsteht ein Energieüberschuss in Form von Gammaquanten, der viel größer ist als beim radioaktiven Zerfall. Bei einem Akt des radioaktiven Zerfalls erscheint also ein Gammaquant und während des Sp altungsakts erscheinen 8, 10 Gammaquanten. Außerdem haben verstreute Fragmente eine große kinetische Energie, die sich in thermische Indikatoren verwandelt.
Die freigesetzten Neutronen können die Trennung eines Paars ähnlicher Kerne hervorrufen, wenn sie sich in der Nähe befinden und die Neutronen sie treffen.
Dies erhöht die Möglichkeit einer sich verzweigenden, beschleunigenden Kettenreaktion, bei der Atomkerne gesp alten werden und eine große Energiemenge erzeugt wird.
Wenn eine solche Kettenreaktion unter Kontrolle ist, kann sie für bestimmte Zwecke verwendet werden. Zum Beispiel für Heizung oder Strom. Solche Prozesse werden in Kernkraftwerken und Reaktoren durchgeführt.
Wenn du die Kontrolle über die Reaktion verlierst, kommt es zu einer atomaren Explosion. Ähnliches wird in Atomwaffen verwendet.
Unter natürlichen Bedingungen gibt es nur ein Element - Uran, das nur ein sp altbares Isotop mit der Nummer 235 hat. Es ist waffenfähig.
In einem gewöhnlichen Uran-Atomreaktor aus Uran-238 bilden sie unter dem Einfluss von Neutronen ein neues Isotop bei Nummer 239 und daraus Plutonium, das künstlich ist und nicht natürlich vorkommt. In diesem Fall wird das entstehende Plutonium-239 für Waffenzwecke verwendet. Dieser Prozess der Sp altung von Atomkernen ist die Essenz aller atomaren Waffen und Energie.
Phänomene wie der Alpha-Zerfall und der Beta-Zerfall, deren Formel in der Schule studiert wird, sind in unserer Zeit weit verbreitet. Dank dieser Reaktionen gibt es Kernkraftwerke und viele andere Industrien, die auf Kernphysik basieren. Vergessen Sie jedoch nicht die Radioaktivität vieler dieser Elemente. Bei der Arbeit mit ihnen sind besonderer Schutz und die Einh altung aller Vorsichtsmaßnahmen erforderlich. Andernfalls kann dies dazu führenirreparable Katastrophe.
