Alfa- en bètastraling worden over het algemeen radioactief verval genoemd. Dit is een proces dat bestaat uit de emissie van subatomaire deeltjes uit de kern, die met een enorme snelheid plaatsvinden. Als gevolg hiervan kan een atoom of zijn isotoop van het ene chemisch element in het andere veranderen. Alfa- en bètaverval van kernen zijn kenmerkend voor onstabiele elementen. Deze omvatten alle atomen met een ladingsgetal groter dan 83 en een massagetal groter dan 209.
Reactievoorwaarden
Decompositie is, net als andere radioactieve transformaties, natuurlijk en kunstmatig. Dit laatste treedt op als gevolg van het binnendringen van een vreemd deeltje in de kern. Hoeveel alfa- en bètaverval een atoom kan ondergaan, hangt alleen af van hoe snel een stabiele toestand wordt bereikt.
Onder natuurlijke omstandigheden treden alfa- en bètaminusverval op.
Onder kunstmatige omstandigheden zijn neutronen, positronen, protonen en andere, zeldzamere soorten verval en transformaties van kernen aanwezig.
Deze namen zijn gegeven door Ernest Rutherford, die radioactieve straling bestudeerde.
Het verschil tussen stabiel en onstabielkern
Het vermogen om te vervallen hangt rechtstreeks af van de toestand van het atoom. De zogenaamde "stabiele" of niet-radioactieve kern is kenmerkend voor niet-rottende atomen. In theorie kunnen dergelijke elementen voor onbepaalde tijd worden waargenomen om uiteindelijk overtuigd te worden van hun stabiliteit. Dit is nodig om dergelijke kernen te scheiden van onstabiele kernen, die een extreem lange halfwaardetijd hebben.
Per ongeluk kan zo'n "langzaam" atoom worden aangezien voor een stabiel atoom. Tellurium, en meer specifiek zijn isotoop nummer 128, met een halfwaardetijd van 2,2·1024 jaar, kan echter een treffend voorbeeld zijn. Deze zaak staat niet op zichzelf. Lanthaan-138 heeft een halfwaardetijd van 1011 jaar. Deze periode is dertig keer de leeftijd van het bestaande heelal.
De essentie van radioactief verval
Dit proces gebeurt willekeurig. Elke rottende radionuclide krijgt een snelheid die voor elk geval constant is. De vervalsnelheid kan niet veranderen onder invloed van externe factoren. Het maakt niet uit of een reactie plaatsvindt onder invloed van een enorme zwaartekracht, op het absolute nulpunt, in een elektrisch en magnetisch veld, tijdens een chemische reactie, enzovoort. Het proces kan alleen worden beïnvloed door directe impact op het binnenste van de atoomkern, wat praktisch onmogelijk is. De reactie is spontaan en hangt alleen af van het atoom waarin het verloopt en zijn interne toestand.
Bij het verwijzen naar radioactief verval wordt vaak de term "radionuclide" gebruikt. Voor degenen die dat niet zijnals je ermee bekend bent, zou je moeten weten dat dit woord een groep atomen aanduidt met radioactieve eigenschappen, hun eigen massagetal, atoomnummer en energiestatus.
Verschillende radionucliden worden gebruikt in technische, wetenschappelijke en andere gebieden van het menselijk leven. In de geneeskunde worden deze elementen bijvoorbeeld gebruikt bij het diagnosticeren van ziekten, het verwerken van medicijnen, gereedschappen en andere items. Er zijn zelfs een aantal therapeutische en prognostische radiomedicijnen.
Niet minder belangrijk is de definitie van de isotoop. Dit woord verwijst naar een speciaal soort atomen. Ze hebben hetzelfde atoomnummer als een gewoon element, maar een ander massagetal. Dit verschil wordt veroorzaakt door het aantal neutronen, die de lading niet beïnvloeden, zoals protonen en elektronen, maar hun massa veranderen. Eenvoudige waterstof heeft er bijvoorbeeld maar liefst 3. Dit is het enige element waarvan de isotopen namen hebben gekregen: deuterium, tritium (de enige radioactieve) en protium. In andere gevallen worden de namen gegeven volgens de atoommassa's en het hoofdelement.
Alfa-verval
Dit is een soort radioactieve reactie. Het is typerend voor natuurlijke elementen uit de zesde en zevende periode van het periodiek systeem van chemische elementen. Speciaal voor kunstmatige of transuraniumelementen.
Elementen onderhevig aan alfaverval
Het aantal metalen dat wordt gekenmerkt door dit verval omvat thorium, uranium en andere elementen van de zesde en zevende periode uit het periodiek systeem van chemische elementen, gerekend vanaf bismut. Het proces ondergaat ook isotopen uit de zwareitems.
Wat gebeurt er tijdens een reactie?
Wanneer alfaverval begint, de emissie uit de kern van deeltjes bestaande uit 2 protonen en een paar neutronen. Het uitgezonden deeltje zelf is de kern van een heliumatoom, met een massa van 4 eenheden en een lading van +2.
Als resultaat verschijnt er een nieuw element, dat zich twee cellen links van het origineel in het periodiek systeem bevindt. Deze opstelling wordt bepaald door het feit dat het oorspronkelijke atoom 2 protonen heeft verloren en daarmee de initiële lading. Als resultaat wordt de massa van de resulterende isotoop verminderd met 4 massa-eenheden in vergelijking met de begintoestand.
Voorbeelden
Tijdens dit verval wordt thorium gevormd uit uranium. Van thorium komt radium, daaruit komt radon, dat uiteindelijk polonium geeft, en uiteindelijk lood. In dit proces worden isotopen van deze elementen gevormd, en niet zij zelf. Dus het blijkt uranium-238, thorium-234, radium-230, radon-236 enzovoort, tot het verschijnen van een stabiel element. De formule voor zo'n reactie is als volgt:
Th-234 -> Ra-230 -> Rn-226 -> Po-222 -> Pb-218
De snelheid van het geselecteerde alfadeeltje op het moment van emissie is van 12 tot 20 duizend km/sec. Omdat het zich in een vacuüm bevindt, zou zo'n deeltje in 2 seconden om de aarde cirkelen en langs de evenaar bewegen.
Beta-verval
Het verschil tussen dit deeltje en een elektron zit in de plaats van uiterlijk. Bèta-verval vindt plaats in de kern van een atoom, niet in de elektronenschil eromheen. De meest voorkomende van alle bestaande radioactieve transformaties. Het kan worden waargenomen in bijna alle momenteel bestaandechemische elementen. Hieruit volgt dat elk element ten minste één isotoop heeft dat onderhevig is aan verval. In de meeste gevallen resulteert bètaverval in bèta-minusverval.
Reactiestroom
Bij dit proces wordt een elektron uit de kern geworpen, dat is ontstaan door de spontane transformatie van een neutron in een elektron en een proton. In dit geval blijven protonen, vanwege de grotere massa, in de kern en verlaat het elektron, het bèta-minusdeeltje, het atoom. En aangezien er meer protonen per eenheid zijn, verandert de kern van het element zelf naar boven en bevindt zich rechts van het origineel in het periodiek systeem.
Voorbeelden
Het verval van bèta met kalium-40 verandert het in een calciumisotoop, die zich aan de rechterkant bevindt. Radioactief calcium-47 wordt scandium-47, dat kan veranderen in stabiel titanium-47. Hoe ziet dit bètaverval eruit? Formule:
Ca-47 -> Sc-47 -> Ti-47
De snelheid van een bètadeeltje is 0,9 keer de lichtsnelheid, oftewel 270.000 km/sec.
Er zijn niet te veel bèta-actieve nucliden in de natuur. Er zijn maar weinig significante. Een voorbeeld is kalium-40, dat in een natuurlijk mengsel slechts 119/10.000 is. Tot de significante natuurlijke bèta-minus actieve radionucliden behoren ook de alfa- en bètavervalproducten van uranium en thorium.
Beta-verval heeft een typisch voorbeeld: thorium-234, dat bij alfa-verval verandert in protactinium-234, en dan op dezelfde manier uranium wordt, maar zijn andere isotoop nummer 234. Dit uranium-234 is opnieuw te wijten aan alfa verval wordtthorium, maar al een andere variëteit ervan. Dit thorium-230 wordt dan radium-226, dat verandert in radon. En in dezelfde volgorde, tot thallium, alleen met verschillende bèta-overgangen terug. Dit radioactieve bètaverval eindigt met de vorming van stabiel lood-206. Deze transformatie heeft de volgende formule:
Th-234 -> Pa-234 -> U-234 -> Th-230 -> Ra-226 -> Rn-222 -> At-218 -> Po-214 -> Bi-210 -> Pb-206
Natuurlijke en significante bèta-actieve radionucliden zijn K-40 en elementen van thallium tot uranium.
Beta-plus verval
Er is ook een beta plus transformatie. Het wordt ook wel positron beta-verval genoemd. Het zendt een deeltje uit dat een positron wordt genoemd vanuit de kern. Het resultaat is de transformatie van het originele element in het element aan de linkerkant, dat een lager nummer heeft.
Voorbeeld
Wanneer elektronen-bèta-verval optreedt, wordt magnesium-23 een stabiele isotoop van natrium. Radioactief europium-150 wordt samarium-150.
De resulterende bètavervalreactie kan bèta+- en bèta-emissies veroorzaken. De ontsnappingssnelheid van de deeltjes is in beide gevallen 0,9 keer de lichtsnelheid.
Overig radioactief verval
Naast reacties als alfaverval en bètaverval, waarvan de formule algemeen bekend is, zijn er andere processen die zeldzamer en kenmerkender zijn voor kunstmatige radionucliden.
Neutronenverval. Er wordt een neutraal deeltje van 1 eenheid uitgestotenmassa's. Daarbij verandert de ene isotoop in een andere met een kleiner massagetal. Een voorbeeld is de omzetting van lithium-9 naar lithium-8, helium-5 naar helium-4.
Wanneer een stabiele isotoop van jodium-127 wordt bestraald met gammastraling, wordt het isotoop nummer 126 en krijgt het radioactiviteit.
Proton verval. Het is uiterst zeldzaam. Daarbij wordt een proton uitgezonden met een lading van +1 en 1 massa-eenheid. Het atoomgewicht neemt met één waarde af.
Elke radioactieve transformatie, in het bijzonder radioactief verval, gaat gepaard met het vrijkomen van energie in de vorm van gammastraling. Ze noemen het gammastraling. In sommige gevallen worden röntgenstralen met een lagere energie waargenomen.
Gamma verval. Het is een stroom van gammaquanta. Het is elektromagnetische straling, harder dan röntgenstraling, die in de geneeskunde wordt gebruikt. Als gevolg hiervan verschijnen gamma-quanta of stroomt energie uit de atoomkern. Röntgenstraling is ook elektromagnetisch, maar is afkomstig van de elektronenschillen van het atoom.
Alfadeeltjes lopen
Alfadeeltjes met een massa van 4 atomaire eenheden en een lading van +2 bewegen in een rechte lijn. Hierdoor kunnen we praten over het bereik van alfadeeltjes.
De waarde van de run hangt af van de initiële energie en varieert van 3 tot 7 (soms 13) cm in de lucht. In een dicht medium is het een honderdste van een millimeter. Dergelijke straling kan niet door een plaat heen dringenpapier en menselijke huid.
Vanwege zijn eigen massa en ladingsgetal heeft het alfadeeltje het hoogste ioniserende vermogen en vernietigt het alles op zijn pad. In dit opzicht zijn alfa-radionucliden het gevaarlijkst voor mens en dier wanneer ze aan het lichaam worden blootgesteld.
Bèta-deeltjespenetratie
Door het kleine massagetal, dat 1836 keer kleiner is dan een proton, negatieve lading en grootte, heeft bètastraling een zwak effect op de stof waar het doorheen vliegt, maar bovendien is de vlucht langer. Ook is de baan van het deeltje niet recht. In dit opzicht spreken ze van doordringend vermogen, dat afhangt van de ontvangen energie.
Het doordringende vermogen van bètadeeltjes die tijdens radioactief verval worden geproduceerd, bereikt 2,3 m in lucht, in vloeistoffen wordt het geteld in centimeters en in vaste stoffen - in fracties van een centimeter. De weefsels van het menselijk lichaam zenden straling 1,2 cm diep uit. Ter bescherming tegen bètastraling kan een eenvoudige laag water tot 10 cm dienen. De stroom van deeltjes met een voldoende hoge vervalenergie van 10 MeV wordt bijna volledig geabsorbeerd door dergelijke lagen: lucht - 4 m; aluminium - 2,2 cm; ijzer - 7,55 mm; lood - 5, 2 mm.
Gezien hun kleine formaat hebben bètastralingsdeeltjes een laag ioniserend vermogen in vergelijking met alfadeeltjes. Wanneer ze worden ingenomen, zijn ze echter veel gevaarlijker dan bij externe blootstelling.
Neutron en gamma hebben momenteel de hoogste penetratieprestaties van alle soorten straling. Het bereik van deze stralingen in de lucht bereikt soms tientallen en honderdenmeter, maar met lagere ioniserende prestaties.
De meeste isotopen van gammastraling hebben een energie van niet meer dan 1,3 MeV. Zelden worden waarden van 6,7 MeV bereikt. In dit verband worden, om tegen dergelijke straling te beschermen, lagen staal, beton en lood gebruikt voor de dempingsfactor.
Om bijvoorbeeld kob alt-gammastraling tienvoudig te dempen, is loodafscherming nodig van ongeveer 5 cm dik, voor 100-voudige demping is 9,5 cm vereist. Betonnen afscherming is 33 en 55 cm, en water - 70 en 115 cm.
De ioniserende prestatie van neutronen hangt af van hun energieprestatie.
In elke situatie is de beste manier om tegen straling te beschermen, zo ver mogelijk van de bron weg te blijven en zo min mogelijk tijd door te brengen in het gebied met veel straling.
Splijting van atoomkernen
Onder de splitsing van de kernen van atomen wordt bedoeld spontaan, of onder invloed van neutronen, de deling van de kern in twee delen, ongeveer even groot.
Deze twee delen worden radioactieve isotopen van elementen uit het hoofdgedeelte van de tabel met chemische elementen. Beginnend van koper tot lanthaniden.
Tijdens het vrijkomen ontsnappen een paar extra neutronen en is er een overschot aan energie in de vorm van gammaquanta, dat veel groter is dan tijdens radioactief verval. Dus in één handeling van radioactief verval verschijnt één gammaquanta en tijdens de splitsing verschijnen 8, 10 gammaquanta. Ook hebben verspreide fragmenten een grote kinetische energie, die in thermische indicatoren verandert.
De vrijgekomen neutronen kunnen de scheiding veroorzaken van een paar vergelijkbare kernen als ze zich dichtbij bevinden en de neutronen raken ze.
Dit verhoogt de mogelijkheid van een vertakking, versnellende kettingreactie van het splitsen van atoomkernen en het creëren van een grote hoeveelheid energie.
Als zo'n kettingreactie onder controle is, kan deze voor bepaalde doeleinden worden gebruikt. Bijvoorbeeld voor verwarming of elektriciteit. Dergelijke processen worden uitgevoerd in kerncentrales en reactoren.
Als je de controle over de reactie verliest, zal er een atoomexplosie plaatsvinden. Gelijkaardig wordt gebruikt in kernwapens.
In natuurlijke omstandigheden is er maar één element - uranium, dat slechts één splijtbare isotoop heeft met het getal 235. Het is van wapenkwaliteit.
In een gewone uraniumatoomreactor van uranium-238 vormen ze onder invloed van neutronen een nieuwe isotoop op nummer 239, en daaruit - plutonium, dat kunstmatig is en niet van nature voorkomt. In dit geval wordt het resulterende plutonium-239 gebruikt voor wapendoeleinden. Dit proces van splijting van atoomkernen is de essentie van alle atoomwapens en energie.
Fenomenen zoals alfaverval en bètaverval, waarvan de formule op school wordt bestudeerd, zijn wijdverbreid in onze tijd. Dankzij deze reacties zijn er kerncentrales en vele andere industrieën gebaseerd op kernfysica. Vergeet echter niet de radioactiviteit van veel van deze elementen. Bij het werken met hen is speciale bescherming en naleving van alle voorzorgsmaatregelen vereist. Anders kan dit leiden tot:onherstelbare ramp.
