Ανακάλυψη των Αλφα-σωματιδίων, Χαρακτηριστικά, Εφαρμογές

Το άλφα σωματίδια (ή σωματίδια α) είναι πυρήνες ατόμων ιονισμένου ήλίου τα οποία, επομένως, έχουν χάσει τα ηλεκτρόνια τους. Οι πυρήνες του ηλίου αποτελούνται από δύο πρωτόνια και δύο νετρόνια. Στη συνέχεια, αυτά τα σωματίδια έχουν ένα θετικό ηλεκτρικό φορτίο της οποίας η τιμή είναι διπλάσια από το φορτίο του ηλεκτρονίου και η ατομική του μάζα είναι 4 μονάδες ατομικής μάζας.

Τα σωματίδια άλφα εκλύονται αυθόρμητα από ορισμένες ραδιενεργές ουσίες. Στην περίπτωση της Γης, η κύρια γνωστή φυσική πηγή εκπομπής της άλφα ακτινοβολίας είναι το αέριο ραδονίου. Το ραδόνιο είναι ένα ραδιενεργό αέριο που υπάρχει στο έδαφος, στο νερό, στον αέρα και σε μερικά βράχια.

Ευρετήριο

• 1 Ανακάλυψη
• 2 Χαρακτηριστικά
  • 2.1 Ατομική μάζα
  • 2.2 Φόρτωση
  • 2.3 Ταχύτητα
  • 2.4 Ιονισμός
  • 2.5 Κινητική ενέργεια
  • 2.6 Διάρκεια διείσδυσης
• 3 Alpha αποσύνθεση
  • 3.1 Άλφα αποσύνθεση από πυρήνες ουρανίου
  • 3.2 Ήλιο
• 4 Κίνδυνοι τοξικότητας και υγείας των σωματιδίων άλφα
• 5 Εφαρμογές
• 6 Αναφορές

Ανακάλυψη

Ήταν κατά τη διάρκεια των ετών 1899 και 1900, όταν οι φυσικοί Ernest Rutherford (ο οποίος εργάστηκε στο Πανεπιστήμιο McGill στο Μόντρεαλ του Καναδά) και Paul Villard (ο οποίος εργάστηκε στο Παρίσι) διαφοροποιούνται τρεις τύπους ρινίσματα, που ονομάζεται από τον Rutherford τον εαυτό του ως: άλφα, βήτα και γάμμα.

Η διάκριση έγινε με βάση την ικανότητά της να διεισδύει αντικείμενα και την απόκλιση τους λόγω μαγνητικού πεδίου. Λόγω αυτών των ιδιοτήτων, ο Rutherford καθόρισε τις ακτίνες άλφα ως εκείνες που είχαν χαμηλότερη ικανότητα διείσδυσης σε συνηθισμένα αντικείμενα.

Έτσι, το έργο του Rutherford περιελάμβανε μετρήσεις του λόγου της μάζας ενός άλφα σωματιδίου στο φορτίο του. Αυτές οι μετρήσεις τον οδήγησαν να επιβεβαιώσει την υπόθεση ότι τα σωματίδια άλφα ήταν διπλά φορτισμένα ιόντα ηλίου.

Τέλος, το 1907 Ernest Rutherford και Thomas Royds σε θέση να αποδείξει ότι η υπόθεση θεσπίστηκε με Rutherford ήταν αλήθεια, καταδεικνύοντας ότι τα σωματίδια άλφα είχαν διπλά ιονισμένο ιόντων ηλίου.

Χαρακτηριστικά

Μερικά από τα κύρια χαρακτηριστικά των σωματιδίων άλφα είναι τα εξής:

Ατομική μάζα

4 μονάδες ατομικής μάζας. δηλαδή, 6,68 ∙ 10^-27 kg.

Φόρτωση

Θετικό, δύο φορές το φορτίο του ηλεκτρονίου, ή το ίδιο: 3.2 ∙ 10^-19 Γ.

Ταχύτητα

Από τάξη μεταξύ 1,5 · 10⁷ m / s και 3,10⁷ m / s.

Ιονισμός

Έχουν μεγάλη ικανότητα να ιονίζουν τα αέρια, μετατρέποντάς τα σε αγώγιμα αέρια.

Κινητική ενέργεια

Η κινητική του ενέργεια είναι πολύ υψηλή λόγω της μεγάλης μάζας και της ταχύτητάς του.

Ικανότητα διείσδυσης

Έχουν χαμηλή ικανότητα διείσδυσης. Στην ατμόσφαιρα χάνουν γρήγορα ταχύτητα όταν αλληλεπιδρούν με διαφορετικά μόρια ως συνέπεια της μεγάλης μάζας και του ηλεκτρικού τους φορτίου.

Άλφα αποσύνθεση

Η διάσπαση του άλφα ή η άλφα αποσύνθεση είναι ένας τύπος ραδιενεργού αποσύνθεσης που συνίσταται στην εκπομπή ενός άλφα σωματιδίου.

Όταν συμβαίνει αυτό, ο ραδιενεργός πυρήνας βλέπει τον αριθμό μαζών του να μειώνεται κατά τέσσερις μονάδες και τον ατομικό του αριθμό κατά δύο μονάδες.

Γενικά, η διαδικασία έχει ως εξής:

^Α_Ζ X → ^Α-4_Ζ-2Υ + ⁴₂Έχω

Η αλφα-αποσύνθεση εμφανίζεται κανονικά στους βαρύτερους πυρήνες. Θεωρητικά, μπορεί να συμβεί μόνο στους πυρήνες ελαφρώς βαρύτερους από το νικέλιο, στους οποίους η γενική ενέργεια δέσμευσης ανά νουκλεόνιο δεν είναι πλέον ελάχιστη.

Οι ελαφρύτεροι πυρήνες που εκπέμπουν γνωστά σωματίδια άλφα είναι τα ισότοπα χαμηλότερης μάζας τελλουρίου. Έτσι, το τελλούριο 106 (¹⁰⁶Te) είναι το ελαφρύτερο ισότοπο στο οποίο η άλφα αποσύνθεση εμφανίζεται στη φύση. Ωστόσο, κατ 'εξαίρεση ⁸Μπορεί να χωριστεί σε δύο σωματίδια άλφα.

Δεδομένου ότι τα σωματίδια άλφα είναι σχετικά βαριά και είναι θετικά φορτισμένα, η μέση ελεύθερη διαδρομή τους είναι πολύ μικρή, έτσι χάνουν γρήγορα την κινητική τους ενέργεια σε κοντινή απόσταση από την πηγή.

Άλφα αποσύνθεση από πυρήνες ουρανίου

Μια πολύ κοινή περίπτωση της άλφα αποσύνθεσης λαμβάνει χώρα στο ουράνιο. Το ουράνιο είναι το βαρύτερο χημικό στοιχείο που βρίσκεται στη φύση.

Στην φυσική του μορφή ουρανίου σε τρεις ισοτόπων του ουρανίου-234 (0,01%), ουράνιο-235 (0,71%), και ουρανίου-238 (99,28%). Η διαδικασία αλκαλικής αποσύνθεσης για το πλέον άφθονο ισότοπο ουρανίου έχει ως εξής:

²³⁸₉₂ U → ²³⁴₉₀Θ +⁴₂Έχω

Helio

Όλο το ήλιο που υπάρχει επί του παρόντος στη Γη έχει την προέλευσή του στις διεργασίες της άλφα αποσύνθεσης διαφόρων ραδιενεργών στοιχείων.

Για το λόγο αυτό, συνήθως βρίσκεται σε ορυκτά αποθέματα πλούσια σε ουράνιο ή θόριο. Παρομοίως, φαίνεται επίσης ότι σχετίζεται με πηγάδια εκχύλισης φυσικού αερίου.

Κίνδυνοι τοξικότητας και υγείας των σωματιδίων άλφα

Γενικά, η εξωτερική άλφα ακτινοβολία δεν ενέχει κίνδυνο για την υγεία, αφού τα σωματίδια άλφα μπορούν να ταξιδεύουν μόνο σε απόσταση μερικών εκατοστών.

Έτσι, τα σωματίδια άλφα που απορροφάται από τα αέρια σε λίγα εκατοστά αέρα ή το λεπτό εξωτερικό στρώμα του νεκρού δέρματος ενός ατόμου, προλαμβάνοντας έτσι τη συμμετοχή κάθε κίνδυνο για την υγεία των προσώπων.

Ωστόσο, τα σωματίδια άλφα είναι πολύ επικίνδυνα για την υγεία, αν αυτά εισάγονται ή εισπνέονται..

Αυτό συμβαίνει επειδή, παρόλο που έχουν μικρή ισχύ διείσδυσης, ο αντίκτυπός τους είναι πολύ μεγάλος, αφού είναι τα βαρύτερα ατομικά σωματίδια που εκπέμπονται από μια ραδιενεργή πηγή.

Εφαρμογές

Τα σωματίδια άλφα έχουν διαφορετικές εφαρμογές. Μερικά από τα πιο σημαντικά είναι τα εξής:

- Θεραπεία καρκίνου.

- Εξάλειψη του στατικού ηλεκτρισμού σε βιομηχανικές εφαρμογές.

- Χρήση σε ανιχνευτές καπνού.

- Πηγή καυσίμων για δορυφόρους και διαστημόπλοια.

- Πηγή ενέργειας για το βηματοδότη.

- Πηγή ισχύος για σταθμούς απομακρυσμένων αισθητήρων.

- Πηγή ενέργειας για σεισμικές και ωκεανογραφικές συσκευές.

Όπως μπορείτε να δείτε, μια πολύ κοινή χρήση των σωματιδίων άλφα είναι ως πηγή ενέργειας για διαφορετικές εφαρμογές.

Επιπλέον, επί του παρόντος μια από τις κύριες εφαρμογές των σωματιδίων άλφα είναι ως βλήματα στην πυρηνική έρευνα.

Αρχικά, τα σωματίδια άλφα παράγονται με ιονισμό (δηλαδή, διαχωρίζοντας ηλεκτρόνια από άτομα ηλίου). Αργότερα αυτά τα σωματίδια άλφα επιταχύνονται σε υψηλές ενέργειες.

Αναφορές

1. Α-σωματίδιο (n.d.). Στη Βικιπαίδεια. Ανακτήθηκε στις 17 Απριλίου 2018, από το en.wikipedia.org.
2. Άλφα αποσύνθεση (n.d.). Στη Βικιπαίδεια. Ανακτήθηκε στις 17 Απριλίου 2018, από το en.wikipedia.org.
3. Eisberg, Robert Resnick, Robert (1994). Κβαντική φυσική: Άτομα, μόρια, στερεά, πυρήνες και σωματίδια. Μεξικό D.F .: Limusa.
4. Tipler, Paul; Llewellyn, Ralph (2002). Σύγχρονη Φυσική(4η έκδοση). W. Η. Freeman.
5. Krane, Kenneth S. (1988). Εισαγωγική πυρηνική φυσική. John Wiley & Sons.
6. Eisberg, Robert Resnick, Robert (1994). Κβαντική φυσική: Άτομα, μόρια, στερεά, πυρήνες και σωματίδια. Μεξικό D.F .: Limusa.