Энергия образования
Чтобы рассчитать энергию образования альфа-частицы, следует воспользоваться знаменитым уравнением Эйнштейна, которое связывает массу и энергию через одну из фундаментальных постоянных нашей Вселенной — скорость света. Это уравнение имеет вид: E = mc 2 , где E — энергия, m — масса, c — скорость света в вакууме.
Зная, что при образовании альфа-частицы масса ее компонентов уменьшается на 0,015 * 10 -27 кг, а также зная, что скорость света составляет 3 * 10 8 м/с, получаем энергию, которая выделяется во время этого процесса. Она равна E = 0,015 * 10 -27 * 9 * 10 16 = 1,35 * 10 -12 Дж. В физике элементарных частиц принято энергии записывать в электрон-вольтах (эВ). Один электрон-вольт равен 1,602177 * 10 −19 Дж. Тогда энергия образования альфа-частицы равна 8,426 * 10 6 эВ, или 8,426 МэВ (мегаэлектрон-вольт).
Чтобы понять, насколько велика эта энергия, можно провести простой расчет. Представим, что вся энергия образования альфа-частицы переводится на ее ускорение. Пользуясь уравнением Лоренца для нерелятивистских скоростей, то есть полагая, что кинетическая энергия-альфа частицы равна mv 2 /2, где v — скорость ее движения, получаем, что этой энергии образования будет достаточно, чтобы разогнать альфа-частицу до скорости 2 * 10 7 м/c, что составляет 6,7 % от скорости света в вакууме. Отметим, что задавать вопрос о том, на сколько увеличится масса альфа-частицы при таких скоростях, не имеет смысла, поскольку увеличением ее массы можно пренебречь, так как она составит всего 0,015/6,68 * 100 = 0,2 %.
Влияние на живые организмы
Внешняя проникающая способность данного излучения небольшая, может вполне задерживаться слоем бумаги. При малом внешнем воздействии возможно развитие злокачественных образований и нарушение правильного обмена веществ. Однако, при таком виде подвержены поражению слизистые участки тела и глаза, которые не поддаются дальнейшему излечению.
В процессе большого количества исследований, ученые пришли к выводу, что альфа частицы при попадании в живой организм с помощью пищи, воды и воздуха могут принести поистине катастрофические разрушения, поскольку они полностью сжигают живой организм изнутри. Особенно опасными признаны альфа частицы плутония 239, которые активно накапливаются в почках, печени, легких, селезенке и приводят к тяжелой форме лучевой болезни, затем и к скорому летальному исходу.
Научно-популярный фильм о Эрнесте Резерфорде
Уважаемые покупатели если вы проживаете за пределами г. Омск то для вас есть доставка по РОССИИ подробнее
Уважаемые омичи Вы можете приобрести* интересующий пульт по следующим адресам в Омске
- г. Омск, ул. Дианова, 1 (Универсам «Север») с 10.00 — 19.30
- г. Омск, ул. 20 Партсъезда, 35 (Советский рынок) с 10.00 — 17.00
- г. Омск Левый берег: рынок возле администрации КАО, ул. Бетховена 22/17 павильон №17 c 10:00 — 18:00
*
для того, чтобы зарезервировать пульт дистанционного управления выберите нужную модель и сообщите ее любым способом
|
|
Адреса торговых точек в Омске
1. ул. Дианова, 1 (Универсам «Север») с 10.00 — 19.30 ежедневно
2. Улица 20 партсъезда 35 Контейнер Пульты на территории Советского рынка (находится напротив Хозяйственного магазина ряд 1а место 3)
Наша торговая точка находится в контейнере напротив этого хозяйственного магазина
3. ул. Бетховена 22/17 в здании павильона №17 расположенного на территории рынка возле Кировской администрации. В данном павильоне также располагается парикмахерская и продуктовый магазин «Домашница».
Достаточно большой перечень вопросов породило необычайное открытие радиоактивности. Величайший прорыв в данной сфере сделал ученый Э. Резерфорд, который поместил в магнитное поле особый излучатель, а именно — радиоактивный. В итоге пучок распался на три составляющие.
История открытия
На рубеже XIX-XX веков два физика с мировым именем открыли существование альфа-частиц. Это были новозеландский физик который работал в Канаде в городе Монреале, и французский химик и физик Поль Вийяр, который ставил свои эксперименты в Париже. Эти два ученых изучали различные виды радиации по их свойствам проникать через различные среды, а также по их взаимодействию с искусственным магнитным полем.
В результате этих экспериментов Резерфорд выделил три типа радиоактивного излучения: альфа, бета и гамма. Альфа-лучи были определены как лучи, имеющие наименьшую проникающую способность через различные предметы среди изучаемых видов радиации.
Образование
Альфа-частицы возникают при альфа-распаде ядер, при ядерных реакциях и в результате полной ионизации атомов гелия-4. Например, в результате взаимодействия ядра лития-6 с дейтроном могут образоваться две альфа-частицы: 6 Li
+ 2 H
= 4 He
+ 4 He
. Альфа-частицы составляют существенную часть первичных космических лучей ; большинство из них являются ускоренными ядрами гелия из звёздных атмосфер и межзвёздного газа , некоторые возникли в результате ядерных реакций скалывания из более тяжёлых ядер космических лучей. Альфа-частицы высоких энергий могут быть получены с помощью ускорителей заряженных частиц .
Методы защиты
Альфа-излучения имеют свой спектр, а также определенную радиоактивность, которые способны оказывать пагубное воздействие на человека. Поражающая радиоактивность потока альфа-частиц не слишком велика.
Принято считать, что спектр подобного излучения неопасен, но не стоит забывать про радиоактивность. Проникновение массивных частиц в организм человека вместе с водой, едой или же сквозь кожный покров, имеется риск серьезного отравления. Осложнение возникает по причине мощного ионизирующего воздействия, формирования кислорода, окислителя, водорода свободного. За счет того, радиоактивность оказывает воздействие на мозг, скапливаясь в нем, наблюдается появления множества патологий, которые активно снижают адаптационные, защитные функции организма.
Не смотря не радиоактивность, альфа-частицы признаны наиболее безопасными, так как после внешнего облучения не требуются защитные средства. Опасность поджидает от внутреннего облучения, когда радиоактивность частиц действует более хитро. Для предотвращения неприятностей, достаточно не допустить попадание в организм радионуклидов, используя индивидуальную защиту:
- одежда, сделанная из специального материала;
- если кожа чувствительная, можно пользоваться кремом, дерматологической пастой;
- для глаз подойдут щитки из специального оргстекла.
В перечень рекомендаций входит информация о воздействии пищевых продуктов на выведение, нейтрализацию радионуклидов в организме. Такая способность имеется у продуктов, которые богаты витамином С, В. Отлично помогают перепелиные яйца, но если доза облучения не слишком большая. Они считаются богатым источником аминокислот, витаминов и микроэлементов. Из растений, которые способны помочь, можно выделить топинамбур.
Особенности излучения
На основе серии опытов, стало известно, что альфа-излучение – это поток положительных частиц, а их параметры абсолютно идентичны тем, которые имеются у ядер гелия. Что касается атома гелия, то у него только 2 электрона.
Помимо альфа-лучей, обнаружены гамма и бета, каждый из них обладает особой силой, имеет радиоактивность. Таким образом, можно смело утверждать, что излучение альфа – это дважды ионизированный атом гелия. Альфа является положительно заряженным, гамма – нейтральным, а что касается бета, то он является отрицательным лучом. Альфа, гамма, а также бета имеют сильные отличия, касающиеся способности проникающей. Простыми словами, гамма, альфа, бета отличны тем, что они поглощаются разными компонентами с различной интенсивностью.
Гамма – это лучи, напоминающие излучение рентгена, но их проникающая способность гораздо выше. Это приводило к мысли, что гамма лучи являются электромагнитными волнами. Однако сомнения отошли в сторону, когда обнаружили дифракцию гамма лучей на особых кристаллах также была определена их длина. Как ни странно, длина вол гамма лучей очень маленькая, а именно – до 10-11 сантиметров.
Что касается бета-лучей, то их рассматривали в качестве заряженной частицы. С бета было намного легче проводить эксперименты. Цель проведенных исследований – определит массу, заряд бета-лучей. Было установлено, что бета-частицы являются электронами, скорость движения которых приближена к скорости света.
- реакторы;
- объекты промышленности урановой;
- распад весьма тяжелых химических элементов, в результате чего наблюдается проявление ядер гелия;
- эксперименты, которые осуществляются на ускорителях частиц, лабораториях радиоизотопных;
- ускорение гелия.
Каждый из указанных лучей имеет собственный спектр излучения. Простыми словами, спектр – это распределение частиц согласно величинам измеряемым, которое приведено к определенным условиям. Спектр различают по виду частиц. Что касается альфа-спектра, то его принято считать дискретным.
Масса альфа-частицы
Если учитывать аддитивное свойство физической величины «масса», то можно рассчитать самостоятельно, сколько весит альфа-частица. Приведенные выше цифры для протонов и нейтронов говорят, что масса альфа-частицы равна 6,69498 * 10 -27 кг. Получается эта цифра, если сложить массы в покое двух протонов и двух нейтронов. В итоге отношение масс протона и альфа-частицы приблизительно составляет 1/4. То есть альфа-частица в четыре раза тяжелее протона.
Однако множество проведенных экспериментов по установлению точной массы этой частицы говорят, что масса покоя альфа-частицы составляет 6,68 * 10 * 10 -27 кг, то есть она меньше на 0,015 * 10 -27 кг полученного выше значения. Куда же девается разница? Ответ на этот вопрос достаточно прост — она переходит в энергию. Дело в том, что при образовании альфа-частицы из протонов и нейтронов в результате ядерных взаимодействия между ними выделяется энергия в виде электромагнитного излучения, два протона и два нейтрона переходят в более выгодное энергетическое состояние — нашу альфа-частицу.
Энергия и поглощение
Энергия альфа-частицы, испускаемой в альфа-распад слабо зависит от периода полураспада для процесса эмиссии, причем различия в периоде полураспада на много порядков связаны с изменениями энергии менее 50%.
Энергия испускаемых альфа-частиц варьируется, при этом альфа-частицы с более высокой энергией испускаются из более крупных ядер, но большинство альфа-частиц имеют энергию от 3 до 7.МэВ (мегаэлектрон-вольт), что соответствует чрезвычайно длительному и чрезвычайно короткому периоду полураспада альфа-излучающих нуклидов соответственно.
С типичной кинетической энергией 5 МэВ; скорость испускаемых альфа-частиц составляет 15 000 км / с, что составляет 5% от скорости света. Эта энергия является значительным количеством энергии для отдельной частицы, но их высокая масса означает, что альфа-частицы имеют более низкую скорость, чем любой другой распространенный тип излучения, например β частицы, нейтроны.
Из-за своего заряда и большой массы альфа-частицы легко поглощаются материалами и могут перемещаться по воздуху всего на несколько сантиметров. Они могут абсорбироваться папиросной бумагой или внешними слоями кожи человека. Обычно они проникают через кожу около 40микрометры, что эквивалентно нескольким клетки глубокий.
Детектирование
Детектируются альфа-частицы с помощью сцинтилляционных детекторов , газоразрядных детекторов , кремниевых pin-диодов (поверхностно-барьерных детекторов, нечувствительных к бета- и гамма-излучению) и соответствующей усилительной электроники, а также с помощью трековых детекторов. Для детектирования альфа-частиц с энергиями, характерными для радиоактивного распада, необходимо обеспечить малую поверхностную плотность экрана, отделяющего чувствительный объём детектора от окружающей среды. Например, в газоразрядных детекторах может устанавливаться слюдяное окно с толщиной в несколько микрон, проницаемое для альфа-частиц. В полупроводниковых поверхностно-барьерных детекторах такой экран не нужен, рабочая область детектора может непосредственно контактировать с воздухом. При детектировании альфа-активных радионуклидов в жидкостях исследуемое вещество смешивается с жидким сцинтиллятором.
В настоящее время наиболее распространены кремниевые поверхностно-барьерные детекторы альфа-частиц, в которых на поверхности полупроводникового кристалла с проводимостью p
-типа создаётся тонкий слой с проводимостью n
-типа путём диффузионного введения донорной примеси (например, фосфора). Приложение обратного смещения к p-n
-переходу обедняет чувствительную область детектора носителями заряда. Попадание в эту область альфа-частицы, ионизирующей вещество, вызывает рождение нескольких миллионов электронно-дырочных пар, которые вызывают регистрируемый импульс тока с амплитудой, пропорциональной количеству родившихся пар и, соответственно, кинетической энергии поглощённой альфа-частицы. Поскольку обеднённая область имеет очень малую толщину, детектор чувствителен лишь к частицам с высокой плотностью ионизации (альфа-частицы, протоны, осколки деления, тяжёлые ионы) и малочувствителен к бета- и гамма-излучению.
Сфера применения излучения
Кроме защиты от альфа-частиц, была разработана особая терапия с их использованием. Лечебный сеанс позволяет пользоваться изотопами, которые были получены при излучении, а именно – торон, радон, которые обладают небольшими сроками жизни, быстро ликвидируются из организма.
Примеры применения альфа-излучения в медицине:
- пероральное применение воды радоновой;
- прием ванны радоновой;
- дыхательная процедура воздухом с радонами.
Доктора абсолютно и твердо уверены, что влияние альфа-частиц можно фокусировать, уничтожая раковые клетки. Подобная целебная терапия способна оказать седативное, обезболивающее, противовоспалительное влияние на человека. Рекомендовано к лечению опорно-двигательного аппарата, сердечно-сосудистых и гинекологических недугов. Процедура проводится строго под контролем лечащего врача и специально обученного человека.
Альфа-излучение (альфа-лучи) — это один из видов ионизирующих излучений; представляет собой поток быстро движущихся, обладающих значительной энергией, положительно заряженных частиц (альфа-частиц).
Основным источником альфа-излучения служат альфа-излучатели — , испускающие альфа-частицы в процессе распада. Особенностью альфа-излучений является его малая проникающая способность. Пробег альфа-частиц в веществе (то есть путь, на котором они производят ионизацию) оказывается очень коротким (сотые доли миллиметра в биологических средах, 2,5-8 см в воздухе).
Однако вдоль короткого пути альфа-частицы создают большое число ионов, то есть обусловливают большую линейную плотность ионизации. Это обеспечивает выраженную относительную биологическую эффективность, в 10 раз большую, чем при воздействии рентгеновского и . При внешнем облучении тела альфачастицы могут (при достаточно большой поглощенной дозе излучения) вызывать сильные, хотя и поверхностные (короткий пробег) ожоги; при попадании через долгоживущие альфа-излучатели разносятся по телу током крови и депонируются в органах и др., вызывая внутреннее облучение организма.
Альфа-излучение применяют для лечения некоторых заболеваний. См. также , Излучения ионизирующие.
Альфа-излучение — поток положительно заряженных α-частиц (ядер атомов гелия).
Основным источником альфа-излучения являются естественные радиоактивные изотопы, многие из которых испускают при распаде альфа-частицы с энергией от 3,98 до 8,78 Мэв. Благодаря большой энергии, двукратному (по сравнению с электроном) заряду и относительно небольшой (по сравнению с другими видами ионизирующих излучений) скорости движения (от 1,4·10 9 до 2,0·10 9 см/сек) альфа-частицы создают очень большое число ионов, густо расположенных по их пути (до 254 тыс. пар ионов). При этом они быстро расходуют свою энергию, превращаясь в обычные атомы гелия. Пробеги альфа-частиц в воздухе при нормальных условиях — от 2,50 до 8,17 см; в биологических средах — сотые доли миллиметра.
Линейная плотность ионизации, создаваемой альфа-частицами, достигает нескольких тысяч пар ионов на 1 микрон пути в тканях.
Ионизация, производимая альфа-излучением, обусловливает ряд особенностей в тех химических реакциях, которые протекают в веществе, в частности в живой ткани (образование сильных окислителей, свободного водорода и кислорода и др.). Эти радиохимические реакции, протекающие в биологических тканях под воздействием альфа-излучения, в свою очередь вызывают особую, большую, чем у других видов ионизирующих излучений, биологическую эффективность альфа-излучения. По сравнению с рентгеновским, бета- и гамма-излучением относительная биологическая эффективность альфа-излучения (ОБЭ) принимается равной 10, хотя в различных случаях она может меняться в широких пределах. Как и другие виды ионизирующих излучений, альфа-излучение применяется для лечения больных с различными заболеваниями. Этот раздел лучевой терапии называется альфа-терапией (см.).
См. также Излучения ионизирующие, Радиоактивность.
Приложения
- Немного детекторы дыма содержат небольшое количество альфа-излучателя . Альфа-частицы ионизировать воздух в небольшом промежутке. Маленький Текущий проходит через этот ионизированный воздух. Частицы дыма от огня, попадающие в воздушный зазор, уменьшают ток, вызывая тревогу. Изотоп чрезвычайно опасен при вдыхании или проглатывании, но опасность минимальна, если источник держать закрытым. Многие муниципалитеты разработали программы по сбору и утилизации старых детекторов дыма, чтобы не допустить их попадания в общий поток отходов.
- Альфа-распад может обеспечить безопасный источник энергии для радиоизотопные термоэлектрические генераторы используется для космические зонды и искусственные кардиостимуляторы. От альфа-распада гораздо легче защитить себя, чем от других форм радиоактивного распада. Плутоний-238, источнику альфа-частиц, требуется всего 2,5 мм вести экранирование для защиты от нежелательного излучения.
- Статические сепараторы обычно используют полоний-210 альфа-излучатель для ионизации воздуха, позволяющий «статическое прилипание «для более быстрого рассеивания.
- В настоящее время исследователи пытаются использовать разрушительную природу альфа-излучающих радионуклидов внутри тела, направляя небольшие количества в опухоль. Альфа повреждают опухоль и останавливают ее рост, а их небольшая глубина проникновения препятствует радиационное повреждение окружающей здоровой ткани. Этот тип рак терапия называется лучевая терапия с открытым источником.
Источники альфа-частиц
Альфа-распад
Физик наблюдает альфа-частицы при распаде источника полония в камера тумана
Альфа-излучение обнаружено в изопропаноле камера тумана (после введения искусственного источника радона-220).
Самый известный источник альфа-частиц — альфа-распад из более тяжелых (> 106 ты атомная масса) атомов. Когда атом испускает альфа-частицу при альфа-распаде, атомный массовое число уменьшается на четыре из-за потери четырех нуклоны в альфа-частице. В атомный номер атома уменьшается на два, в результате потери двух протонов атом становится новым элементом. Примеры такого рода ядерная трансмутация альфа-распадом распадаются уран к торий, и что из радий к радон.
Альфа-частицы обычно испускаются всеми более крупными радиоактивный ядра, такие как уран, торий, актиний, и радий, так же хорошо как трансурановый элементы. В отличие от других типов распада, альфа-распад как процесс должен иметь атомное ядро минимального размера, которое может его поддерживать. Наименьшие ядра, которые, как было установлено на сегодняшний день, способны испускать альфа, — бериллий-8 и самый легкий нуклиды из теллур (элемент 52) с массовыми числами от 104 до 109. Альфа-распад иногда оставляет ядро в возбужденном состоянии; эмиссия гамма-луч затем удаляет лишнее энергия.
Механизм образования при альфа-распаде
В отличие от бета-распад, то фундаментальные взаимодействия за альфа-распад отвечает баланс между электромагнитная сила и ядерная сила. Альфа-распад является результатом Кулоновское отталкивание между альфа-частицей и остальной частью ядра, которые оба имеют положительный электрический заряд, но это контролируется ядерная сила. В классическая физика, альфа-частицам не хватает энергии, чтобы покинуть потенциальная яма от сильной силы внутри ядра (эта скважина включает в себя уход от сильной силы, поднимающейся вверх с одной стороны ямы, за которой следует электромагнитная сила, вызывающая отталкивание вниз с другой стороны).
Тем не менее квантовое туннелирование эффект позволяет альфам уйти, даже если у них недостаточно энергии для преодоления ядерная сила. Это допускается волновой природой материи, которая позволяет альфа-частице проводить некоторое время в области, настолько далекой от ядра, что потенциал отталкивающей электромагнитной силы полностью компенсирует притяжение ядерной силы. С этого момента альфа-частицы могут улетать.
Тройное деление
Альфа-частицы с особой энергией, образующиеся в результате ядерных процессов, образуются в относительно редких (один из нескольких сотен) ядерное деление процесс тройное деление. В этом процессе из события создаются три заряженных частицы вместо обычных двух, причем наименьшая из заряженных частиц, наиболее вероятно (с вероятностью 90%), является альфа-частицей. Такие альфа-частицы называются «альфа-частицами дальнего действия», поскольку при их типичной энергии 16 МэВ они имеют гораздо более высокую энергию, чем когда-либо производились при альфа-распаде. Тройное деление происходит как в делении, индуцированном нейтронами ( ядерная реакция что происходит в ядерном реакторе), а также когда расщепляющийся и делящийся актиниды нуклиды (т. е. тяжелые атомы, способные к делению) подвергаются спонтанное деление как форма радиоактивного распада. Как при индуцированном, так и при спонтанном делении более высокие энергии, доступные в тяжелых ядрах, приводят к дальнодействующим альфа с более высокой энергией, чем при альфа-распаде.
Ускорители
Энергичные ядра гелия (ионы гелия) могут быть получены циклотроны, синхротроны, и другие ускорители частиц. Принято считать, что их обычно не называют «альфа-частицами».
Реакции солнечного ядра
Как уже отмечалось, ядра гелия могут участвовать в ядерных реакциях в звездах, и иногда и исторически их называют альфа-реакциями (см., Например, тройной альфа-процесс ).
Кроме того, ядра гелия чрезвычайно высоких энергий, которые иногда называют альфа-частицами, составляют от 10 до 12% космические лучи. Механизмы образования космических лучей продолжают обсуждаться.