Alfa részecske

Az oldal jelenlegi verzióját még nem ellenőrizték tapasztalt közreműködők, és jelentősen eltérhet a 2022. március 27-én felülvizsgált verziótól ; az ellenőrzések 2 szerkesztést igényelnek .
alfa részecske
α, α 2+ , He 2+
alfa részecske
izotóp mag Hélium-4 ( )
Kémiai elem Hélium
Összetett 2 proton , 2 neutron
Egy család bozon
Mágneses pillanat 0
Elektromos kvadrupólnyomaték 0
Tömegszám ( barionszám ) négy
Súly 3,727379240(82) GeV (körülbelül 6,644656⋅10–27 kg )
szentmise , a.m.u. 4,001506179125(62)
Kötési energia 28,3 MeV (7,1 MeV nukleononként) [1]
Élettartam stabil
Paritás +
kvantumszámok
Elektromos töltés 2
Spin 0
Izotópos spin 0
Hipertöltés négy

Alfa részecske (α-részecske) - pozitív töltésű részecske , amelyet két proton és két neutron képez ; a hélium-4 atom magja ( ) . Először E. Rutherford fedezte fel 1899-ben [1] . Az alfa-részecskék nukleáris reakciókat okozhatnak ; az első mesterségesen előidézett nukleáris reakcióban, amelyet E. Rutherford hajtott végre 1919-ben (a nitrogénmagok átalakulása oxigénatommagokká), alfa-részecskék vettek részt. Az alfa-részecskék áramlását alfa-sugárzásnak [2] vagy alfa-sugárzásnak [3] nevezzük .

Oktatás

Az alfa-részecskék az atommagok alfa-bomlásából , magreakciók során és a hélium-4 atomok teljes ionizációja következtében keletkeznek. Például a lítium-6 mag és egy deuteron kölcsönhatás eredményeként két alfa-részecske képződhet: 6 Li + 2 H = 4 He + 4 He . Az alfa-részecskék az elsődleges kozmikus sugarak lényeges részét képezik ; legtöbbjük csillagatmoszférából és csillagközi gázból származó felgyorsított héliummag , néhányuk a nehezebb kozmikus sugárzás magjaiból származó nukleáris repedési reakciók eredménye. Nagy energiájú alfa - részecskék előállíthatók részecskegyorsítókkal .

Tulajdonságok

Egy alfa-részecske tömege 4,001 506 179 127(63) atomtömeg-egység [4] (körülbelül 6,644 657 3357(20)⋅10 -27 kg ), ami 3727,379 4066 (11) energiának felel meg . ] . A spin és a mágneses momentum nulla. A kötési energia (az energiaegységekben kifejezve két proton és két neutron össztömegének, valamint egy alfa-részecske tömegének különbsége) 28,295 6108(16) MeV ( 7,073 9027(4) MeV nukleononként ) [6] [ 7] . A tömegtöbblet 2424,9158(1) keV [8] . Az alfa-részecske töltése pozitív, és egyenlő az elemi töltés kétszeresével , azaz körülbelül 3,218 10 -19 C.

Behatolás

A nehéz töltésű részecskék főként az atomi elektronokkal lépnek kölcsönhatásba , ezért alig térnek el kezdeti mozgásuk irányától. Ennek eredményeként egy R nehéz részecske útját a részecskék forrásától a megállási pontig tartó egyenes távolsággal mérjük. Jellemzően a futást hosszegységekben (m, cm, mikron), valamint az anyag felületi sűrűségében (vagy ezzel egyenértékűen a futási hossz és a sűrűség szorzata) (g/cm 2 ) mérik. A tartomány hosszegységekben való kifejezése a közeg rögzített sűrűsége esetén logikus (például normál körülmények között gyakran száraz levegőt választanak közegként ). A tartomány fizikai jelentése a felületi sűrűség szempontjából a réteg egységnyi területére eső tömege, amely elegendő a részecske megállításához.

Egy α-részecske úthossza energiájától és közegétől függően
szerda α-részecskék energiája, MeV
négy 6 nyolc tíz
α-részecske úthossza, mm
Levegő normál körülmények között 25 46 74 106
biológiai szövet 0,031 0,056 0,096 0,130
Alumínium 0,016 0,030 0,048 0,069

Észlelés

Az alfa-részecskéket szcintillációs detektorok , gázkisülési detektorok , szilícium tűs diódák (béta- és gamma-sugárzásra érzéketlen felületi gátdetektorok) és megfelelő erősítő elektronika, valamint nyomdetektorok segítségével észlelik . A radioaktív bomlásra jellemző energiájú alfa-részecskék kimutatásához a detektor érzékeny térfogatát a környezettől elválasztó képernyő alacsony felületi sűrűségét kell biztosítani. Például a gázkisüléses érzékelőkbe több mikron vastagságú, alfa-részecskéknek átlátszó csillámablak is beépíthető. A félvezető felületzáró detektorokban ilyen képernyőre nincs szükség, az érzékelő munkaterülete közvetlen érintkezésben lehet levegővel. Alfa-aktív radionuklidok folyadékokban történő kimutatásakor a vizsgált anyagot folyadékszcintillátorral keverik össze.

Jelenleg a legelterjedtebbek a szilícium felületi gát alfa-részecskedetektorok, amelyeknél a p -típusú vezetőképességű félvezető kristály felületén donor szennyeződés diffúziós bevezetésével vékony, n típusú vezetőképességű réteget hoznak létre (pl. foszfor ). A fordított előfeszítés alkalmazása a pn átmenetre kimeríti a detektor érzékeny tartományát a töltéshordozókkal . Egy anyagot ionizáló alfa-részecske kerül ebbe a tartományba, több millió elektron-lyuk pár születését okozva, amelyek a keletkezett párok számával és ennek megfelelően az elnyelt alfa-részecske mozgási energiájával arányos amplitúdójú regisztrált áramimpulzust okoznak. . Mivel a kimerülési tartomány nagyon kis vastagságú, a detektor csak a nagy ionizációs sűrűségű részecskékre (alfa-részecskék, protonok, hasadási fragmentumok, nehézionok) érzékeny, és érzéketlen a béta- és gamma-sugárzásra.

Hatás az elektronikára

A félvezetőkben lévő alfa-részecskék által elektron-lyuk párok létrehozásának fent leírt mechanizmusa a félvezető trigger illetéktelen átkapcsolását okozhatja, amikor egy elegendő energiájú alfa-részecske eltalálja a szilícium chipet. Ebben az esetben a memóriában egyetlen bitet nullára cserél (vagy fordítva). Az ilyen hibák számának csökkentése érdekében a mikroáramkörök gyártásához használt anyagoknak alacsony alfa-aktivitással kell rendelkezniük.

Emberi hatás

Az atommag bomlása során keletkező alfa-részecskék kezdeti kinetikus energiája 1,8-15 MeV tartományba esik [9] . Amikor egy alfa-részecske áthalad egy anyagon, akkor a környező atomok erős ionizációját hozza létre , és ennek következtében nagyon gyorsan energiát veszít. A radioaktív bomlásból származó alfa-részecskék energiája még a bőr elhalt rétegének leküzdésére sem elegendő , így az ilyen alfa-részecskék külső behatása esetén nincs sugárzási kockázat. A külső alfa-sugárzás csak a nagy energiájú (tíz MeV-nál nagyobb energiájú) alfa-részecskék esetében veszélyes az egészségre, amelyek forrása egy gyorsító . Azonban az alfa-aktív radionuklidok behatolása a szervezetbe, amikor a test élő szövetei közvetlenül ki vannak téve a sugárzásnak, nagyon veszélyes az egészségre, mivel a nagy ionizációs sűrűség a részecskepálya mentén súlyosan károsítja a biomolekulákat . Úgy tartják [10] , hogy azonos energiafelszabadulás ( abszorbeált dózis ) mellett a radioaktív bomlásra jellemző energiájú alfa-részecskék belső besugárzása során felhalmozódott egyenértékű dózis 20-szor nagyobb , mint a gamma- és röntgenkvantumokkal végzett besugárzás során. A nagyenergiájú (200 MeV és nagyobb energiájú) alfa-részecskék lineáris energiaátvitele azonban jóval kisebb, így relatív biológiai hatékonyságuk a gamma-kvantum- és béta-részecskékéhez hasonlítható .

Így a 10 MeV vagy annál nagyobb energiájú α-részecskék , amelyek elegendőek a bőr elhalt stratum corneumának leküzdéséhez , veszélyt jelenthetnek az emberre külső besugárzás során. Ugyanakkor a legtöbb kutatási α-részecskegyorsító 3 MeV alatti energián működik [11] .

Az emberre sokkal nagyobb veszélyt jelentenek a szervezetbe (különösen a légutakon vagy az emésztőrendszeren keresztül ) bekerült radionuklidok alfa-bomlásából származó α-részecskék [12] . Mikroszkopikus mennyiségű α-radioaktív anyag (például polónium-210 ) elegendő ahhoz, hogy akut sugárbetegséget okozzon az áldozatban , amely gyakran halálos kimenetelű [12] .

Lásd még

Jegyzetek

  1. ↑ 1 2 Ogloblin A. A., Lomanov M. F. ALFA RÉSZÉK // Nagy orosz enciklopédia. Elektronikus változat (2016); https://bigenc.ru/physics/text/1816460 Archiválva : 2022. március 27. a Wayback Machine -nél Hozzáférés: 2022.03.27.
  2. ↑ Gordienko V. A. Bevezetés az ökológiába (2012. május 15.). Letöltve: 2022. március 27. Az eredetiből archiválva : 2022. március 27.
  3. ↑ Részecskék kölcsönhatása anyaggal Archiválva : 2012. július 18. a Wayback Machine -nél .
  4. ↑ Alfa részecsketömeg az u -ban Archiválva : 2021. október 30. a Wayback Machine -nél . 2018 CODATA ajánlott értékek.
  5. ↑ Alfa részecsketömeg-energia-egyenérték MeV-ben Archiválva : 2021. március 23. a Wayback Machine -nél . 2018 CODATA ajánlott értékek.
  6. ↑ Meng Wang , Huang WJ , Kondev FG , Audi G. , Naimi S. Az Ame2020 atomtömeg-értékelése (II.). Táblázatok, grafikonok és hivatkozások  (angol nyelven)  // Chinese Physics C. - 2021. - Vol. 43 , iss. 3 . - P. 030003-1-030003-512 . - doi : 10.1088/1674-1137/abddaf .
  7. ↑ Vegye figyelembe, hogy a Nubase2020 és az AME 2020 adatbázisok felsorolják a semleges, gerjesztetlen hélium-4 atom tömegeit és származtatott mennyiségeit; alfa-részecskévé (kétszeresen ionizált hélium-4 atommá) való átalakuláshoz ki kell vonni két elektron tömegét 2 × 0,510 998 950 00 (15) MeV , és hozzá kell adni a kötési energiájukat a legalacsonyabb állapotban, 0,000 079 005 MeV .
  8. ↑ Kondev FG , Wang M. , Huang WJ , Naimi S. , Audi G. A Nubase2020 értékelése a nukleáris tulajdonságokról  // Chinese Physics  C. - 2021. - Kt. 45 , iss. 3 . - P. 030001-1-030001-180 . - doi : 10.1088/1674-1137/abddae .Nyílt hozzáférésű
  9. ↑ Bizonyos esetekben az alfa-bomlás során az alfa-részecskét kibocsátó mag először gerjesztett állapotba kerülhet . Ebben az esetben a kibocsátott alfa-részecske energiája kisebbnek bizonyul, mint a leánymag fő szintjére való átmenet során, mivel az energia egy része a magban marad. A gerjesztett szint ezt követően lebomlik az atommag alapállapotába, és az energiát egy gamma-sugár elviszi, vagy az atomhéj elektronjaira adja át (lásd Belső konverzió ). Azonban az alfa-bomlás során az atommag gerjesztett szintre való átmenetének valószínűsége általában erősen elnyomott, ami az alfa-bomlás valószínűségének exponenciális csökkenésével jár együtt a kibocsátott alfa kinetikus energiájának csökkenésével. részecskék.
  10. ↑ A Nemzetközi Sugárvédelmi Bizottság (ICRP) 103. számú kiadványa. Per angolból. / Főszerkesztőség alatt. M. F. Kiseleva és N. K. Shandaly. - M . : Szerk. LLC PKF "Alana", 2009. - S. 68-71. - 1000 példányban.  - ISBN 978-5-9900350-6-5 .
  11. ↑ Vasilenko O.I. , Ishkhanov B.S. ,  Kapitonov I.M. ,  Seliverstova Zh.M. , Shumakov A.V. SUGÁRZÁS. - M . : Moszkvai Egyetem Kiadója, 1996.
  12. ↑ 1 2 BBC: "A bíróságnak elmondták, hogyan találtak polóniumot Litvinyenko testében" . Hozzáférés dátuma: 2015. január 29. Az eredetiből archiválva : 2015. január 31.

Irodalom

  Ugrás a Wikidata elemre  Szótárak és enciklopédiák
Bibliográfiai katalógusokban
 A részecskék osztályozása
A fénysebességhez viszonyított sebesség
A belső szerkezet és az elválaszthatóság meglétével
Fermionok antirészecske jelenlétében
Radioaktív bomlás során keletkezik
A sötét anyag részecskéinek szerepére jelöltek
Az univerzum inflációs modelljében
Elektromos töltés jelenlétével
A spontán szimmetriatörés elméleteiben
Életidő szerint
Egyéb osztályok