Alfa bomlás

Az alfa-bomlás ( α-bomlás ) az atommag radioaktív bomlásának egy fajtája, amelynek eredményeként a hélium 4 He kétszeresen mágikus magja  - alfa-részecske - bocsát ki [1] . Ebben az esetben az atommag tömegszáma 4-gyel, a rendszáma pedig 2-vel csökken  .

Elmélet

Az alfa-bomlás az alapállapotból csak a kellően nehéz atommagokban figyelhető meg, például rádium-226- ban vagy urán-238- ban . Az alfa-radioaktív magok az 52 -es atomszámtól ( tellurium ) és a 106-110-ig terjedő tömegszámtól kezdve jelennek meg a nuklidok táblázatában , és 82-nél nagyobb atomszámmal és 200-nál nagyobb tömegszámmal szinte minden nuklid alfa-radioaktív, bár előfordulhat, hogy alfa-bomlás.és nem domináns bomlási mód. A természetes izotópok közül alfa-radioaktivitás figyelhető meg a ritkaföldfémek számos nuklidjában (neodímium-144, szamárium-147, szamárium-148, európium-151, gadolínium-152), valamint számos nehézfém-nuklidban (hafnium-174, volfrám-180, ozmium-186, platina-190, bizmut-209, tórium-232, urán-235, urán-238) és az urán és tórium rövid élettartamú bomlástermékei.

Az atommag erősen gerjesztett állapotaiból származó alfa-bomlás számos könnyű nuklidban is megfigyelhető, például a lítium-7-ben. A könnyű nuklidok közül az alfa-bomlást az alapállapotból a hélium-5 (bomlik α + n -re ), a lítium-5 (α + p ), a berillium-6 (α + 2p ), a berillium-8 (2α) és a bór tapasztalja. -9 (2α + p ) [2] .

Az alfa-részecske alagút-átmeneten megy keresztül egy potenciálgáton keresztül a nukleáris erők hatására , így az alfa-bomlás alapvetően kvantumfolyamat . Mivel az alagúthatás valószínűsége exponenciálisan függ a gát magasságától [3] , az alfa-aktív atommagok felezési ideje exponenciálisan nő az alfa-részecske energia csökkenésével (ez a tény a Geiger-Nattall törvény tartalma ). 2 MeV - nál kisebb alfa-részecske energiánál az alfa-aktív atommagok élettartama jelentősen meghaladja az Univerzum élettartamát . Ezért, bár a legtöbb, a cériumnál nehezebb természetes izotóp elvileg képes ezen a csatornán keresztül bomlani, csak néhányukban regisztráltak ilyen bomlást.

Az alfa-részecske szökési sebessége 9400 km/s ( neodímium izotóp 144 Nd) és 23700 km/s között van a 212m Po polónium izotópnál . Általában az alfa-bomlási képlet így néz ki:

Példa a 238 U izotóp alfa-bomlására :

Az alfa-bomlás a klaszterbomlás szélsőséges esetének tekinthető .

Történelem

Az alfa-bomlást először Ernest Rutherford brit fizikus azonosította 1899-ben [4] . Ugyanakkor Párizsban Paul Villard francia fizikus hasonló kísérleteket végzett, de Rutherford előtt nem volt ideje szétválasztani a sugárzást. Az alfa-bomlás első kvantitatív elméletét Georgy Gamow szovjet és amerikai fizikus dolgozta ki .

Veszély az élő szervezetekre

Mivel meglehetősen nehézek és pozitív töltésűek, a radioaktív bomlásból származó alfa-részecskék nagyon rövid hatótávolságúak az anyagban, és amikor egy közegen mozognak, gyorsan elveszítik az energiát a forrástól rövid távolságban. Ez oda vezet, hogy az összes sugárzási energia kis mennyiségű anyagban szabadul fel, ami növeli a sejtkárosodás esélyét, amikor a sugárforrás belép a szervezetbe. A radioaktív forrásokból származó külső sugárzás azonban ártalmatlan, mivel az alfa-részecskéket több centiméternyi levegő vagy több tíz mikrométernyi sűrű anyag - például egy papírlap , vagy akár az epidermisz (bőrfelület ) kérges elhalt rétege - hatékonyan befoghatja. ), anélkül, hogy elérné az élő sejteket. Még a tiszta alfa-sugárzás forrásának megérintése sem veszélyes, bár nem szabad elfelejteni, hogy sok alfa-sugárforrás sokkal áthatóbb típusú sugárzást is bocsát ki ( béta-részecskék , gamma-sugarak , néha neutronok). Ha azonban alfa-forrás kerül a szervezetbe, az jelentős sugárterhelést eredményez. Az alfa-sugárzás minőségi tényezője 20 (több, mint az összes többi ionizáló sugárzás esetében, kivéve a nehéz magokat és a hasadási töredékeket ). Ez azt jelenti, hogy az élő szövetekben egy alfa-részecske becslések szerint 20-szor több kárt okoz, mint egy azonos energiájú gamma- vagy béta-részecske.

A fentiek mindegyike vonatkozik az alfa-részecskék radioaktív forrásaira, amelyek energiája nem haladja meg a 15 MeV -ot . A gyorsítón keletkező alfa-részecskék lényegesen nagyobb energiájúak és jelentős dózist hozhatnak létre a szervezet külső besugárzása esetén is.

Jegyzetek

  1. ↑ Mukhin K. N. Kísérleti magfizika. 2 könyvben. Könyv. 1. Az atommag fizikája. I. rész. Nukleonok, magok és radioaktív sugárzás tulajdonságai. — M.: Energoatomizdat, 1993. — S. 137. — ISBN 5-283-04080-1
  2. ↑ Nudat 2. Nuklidok interaktív diagramja archiválva 2018. április 6-án a Wayback Machine -nél . National Nuclear Data Center, Brookhaven National Laboratory.
  3. ↑ Malyarov, 1959 , p. 231.
  4. ↑ Rutherford E. Az uránsugárzás és az általa termelt elektromos vezetés  //  Philosophical Magazine, Series 5. - 1899. - Vol. 47 , iss. 284 . - 109-163 . o .

Irodalom