Radiasi alfa dan beta biasanya dipanggil pereputan radioaktif. Ini adalah proses yang merupakan pelepasan zarah subatomik daripada nukleus, berlaku pada kelajuan yang luar biasa. Akibatnya, atom atau isotopnya boleh berubah daripada satu unsur kimia kepada unsur kimia yang lain. Pereputan alfa dan beta nukleus adalah ciri unsur tidak stabil. Ini termasuk semua atom dengan nombor cas lebih besar daripada 83 dan nombor jisim lebih besar daripada 209.
Keadaan tindak balas
Penguraian, seperti transformasi radioaktif lain, adalah semula jadi dan buatan. Yang terakhir berlaku disebabkan oleh kemasukan beberapa zarah asing ke dalam nukleus. Berapa banyak pereputan alfa dan beta yang boleh dialami oleh atom bergantung hanya pada seberapa cepat keadaan stabil dicapai.
Dalam keadaan semula jadi, pereputan alfa dan beta tolak berlaku.
Di bawah keadaan buatan, neutron, positron, proton dan lain-lain, jenis pereputan dan transformasi nukleus yang lebih jarang berlaku.
Nama-nama ini diberikan oleh Ernest Rutherford, yang mempelajari sinaran radioaktif.
Perbezaan antara stabil dan tidak stabilteras
Keupayaan untuk mereput secara langsung bergantung pada keadaan atom. Nukleus yang dipanggil "stabil" atau bukan radioaktif adalah ciri atom tidak reput. Secara teorinya, unsur-unsur tersebut boleh diperhatikan selama-lamanya untuk akhirnya yakin dengan kestabilannya. Ini diperlukan untuk memisahkan nukleus tersebut daripada nukleus yang tidak stabil, yang mempunyai separuh hayat yang sangat panjang.
Tersilap, atom "perlahan" sedemikian boleh disalah anggap sebagai atom yang stabil. Walau bagaimanapun, telurium, dan lebih khusus lagi, isotop nombor 128nya, yang mempunyai separuh hayat 2.2·1024 tahun, boleh menjadi contoh yang menarik. Kes ini tidak terpencil. Lanthanum-138 mempunyai separuh hayat 1011 tahun. Tempoh ini adalah tiga puluh kali umur alam semesta sedia ada.
Intipati pereputan radioaktif
Proses ini berlaku secara rawak. Setiap radionuklid yang mereput memperoleh kadar yang tetap untuk setiap kes. Kadar pereputan tidak boleh berubah di bawah pengaruh faktor luaran. Tidak kira sama ada tindak balas akan berlaku di bawah pengaruh daya graviti yang besar, pada sifar mutlak, dalam medan elektrik dan magnet, semasa sebarang tindak balas kimia, dan sebagainya. Proses ini hanya boleh dipengaruhi oleh kesan langsung pada bahagian dalam nukleus atom, yang boleh dikatakan mustahil. Tindak balas adalah spontan dan hanya bergantung pada atom di mana ia bergerak dan keadaan dalamannya.
Apabila merujuk kepada pereputan radioaktif, istilah "radionuclide" sering digunakan. Bagi mereka yang tidakbiasa dengannya, anda harus tahu bahawa perkataan ini menandakan sekumpulan atom yang mempunyai sifat radioaktif, nombor jisimnya sendiri, nombor atom dan status tenaga.
Pelbagai radionuklid digunakan dalam bidang teknikal, saintifik dan lain-lain bidang kehidupan manusia. Sebagai contoh, dalam bidang perubatan, unsur-unsur ini digunakan dalam mendiagnosis penyakit, memproses ubat-ubatan, alatan dan barangan lain. Malah terdapat beberapa ubat radio terapeutik dan prognostik.
Tidak kurang pentingnya ialah definisi isotop. Perkataan ini merujuk kepada sejenis atom yang istimewa. Mereka mempunyai nombor atom yang sama seperti unsur biasa, tetapi nombor jisim yang berbeza. Perbezaan ini disebabkan oleh bilangan neutron, yang tidak menjejaskan cas, seperti proton dan elektron, tetapi mengubah jisimnya. Sebagai contoh, hidrogen ringkas mempunyai sebanyak 3 daripadanya. Ini adalah satu-satunya unsur yang isotopnya telah diberi nama: deuterium, tritium (satu-satunya radioaktif) dan protium. Dalam kes lain, nama diberikan mengikut jisim atom dan unsur utama.
Reput alfa
Ini adalah sejenis tindak balas radioaktif. Ia adalah tipikal untuk unsur semula jadi dari tempoh keenam dan ketujuh jadual berkala unsur kimia. Terutamanya untuk unsur tiruan atau transuranium.
Unsur tertakluk kepada pereputan alfa
Bilangan logam yang dicirikan oleh pereputan ini termasuk torium, uranium dan unsur-unsur lain bagi tempoh keenam dan ketujuh daripada jadual berkala unsur kimia, dikira daripada bismut. Proses ini juga mengalami isotop dari kalangan yang beratitem.
Apakah yang berlaku semasa tindak balas?
Apabila pereputan alfa bermula, pancaran daripada nukleus zarah yang terdiri daripada 2 proton dan sepasang neutron. Zarah yang dipancarkan itu sendiri ialah nukleus atom helium, dengan jisim 4 unit dan cas +2.
Akibatnya, elemen baharu muncul, yang terletak dua sel di sebelah kiri asal dalam jadual berkala. Susunan ini ditentukan oleh fakta bahawa atom asal telah kehilangan 2 proton dan bersama-sama dengannya - caj awal. Akibatnya, jisim isotop yang terhasil dikurangkan sebanyak 4 unit jisim berbanding keadaan awal.
Contoh
Semasa pereputan ini, torium terbentuk daripada uranium. Dari torium datang radium, daripadanya datang radon, yang akhirnya memberikan polonium, dan akhirnya plumbum. Dalam proses ini, isotop unsur-unsur ini terbentuk, dan bukan mereka sendiri. Jadi, ternyata uranium-238, torium-234, radium-230, radon-236 dan seterusnya, sehingga kemunculan unsur yang stabil. Formula untuk tindak balas sedemikian adalah seperti berikut:
Th-234 -> Ra-230 -> Rn-226 -> Po-222 -> Pb-218
Kelajuan zarah alfa yang dipilih pada saat pelepasan adalah dari 12 hingga 20 ribu km/saat. Berada dalam vakum, zarah seperti itu akan mengelilingi dunia dalam masa 2 saat, bergerak di sepanjang khatulistiwa.
Reput Beta
Perbezaan antara zarah ini dan elektron adalah pada tempat penampilan. Pereputan beta berlaku dalam nukleus atom, bukan dalam kulit elektron yang mengelilinginya. Yang paling biasa daripada semua transformasi radioaktif sedia ada. Ia boleh diperhatikan dalam hampir semua yang sedia adaunsur kimia. Ia berikutan daripada ini bahawa setiap unsur mempunyai sekurang-kurangnya satu isotop tertakluk kepada pereputan. Dalam kebanyakan kes, pereputan beta mengakibatkan pereputan beta-tolak.
Aliran tindak balas
Dalam proses ini, elektron dikeluarkan daripada nukleus, yang telah timbul akibat perubahan spontan neutron kepada elektron dan proton. Dalam kes ini, disebabkan oleh jisim yang lebih besar, proton kekal dalam nukleus, dan elektron, yang dipanggil zarah beta tolak, meninggalkan atom. Dan kerana terdapat lebih banyak proton seunit, nukleus unsur itu sendiri berubah ke atas dan terletak di sebelah kanan yang asal dalam jadual berkala.
Contoh
Reputan beta dengan kalium-40 mengubahnya menjadi isotop kalsium, yang terletak di sebelah kanan. Kalsium-47 radioaktif menjadi skandium-47, yang boleh bertukar menjadi titanium-47 yang stabil. Apakah rupa pereputan beta ini? Formula:
Ca-47 -> Sc-47 -> Ti-47
Kelajuan zarah beta ialah 0.9 kali ganda kelajuan cahaya, iaitu 270,000 km/s.
Tidak terdapat terlalu banyak nuklida aktif beta dalam alam semula jadi. Terdapat sangat sedikit yang penting. Contohnya ialah kalium-40, iaitu hanya 119/10,000 dalam campuran semula jadi. Selain itu, antara radionuklid aktif beta-tolak semula jadi yang ketara ialah produk pereputan alfa dan beta uranium dan torium.
Reput beta mempunyai contoh tipikal: torium-234, yang dalam pereputan alfa bertukar menjadi protaktinium-234, dan kemudian dengan cara yang sama menjadi uranium, tetapi nombor isotopnya yang lain 234. Uranium-234 ini sekali lagi disebabkan oleh alfa pereputan menjaditorium, tetapi sudah pelbagai jenisnya. Torium-230 ini kemudiannya menjadi radium-226, yang bertukar menjadi radon. Dan dalam urutan yang sama, sehingga talium, hanya dengan peralihan beta yang berbeza kembali. Pereputan beta radioaktif ini berakhir dengan pembentukan plumbum-206 yang stabil. Transformasi ini mempunyai formula berikut:
Th-234 -> Pa-234 -> U-234 -> Th-230 -> Ra-226 -> Rn-222 -> At-2145 -6452 At-2145 -2452 -643 Pb-206
Radionuklid aktif beta semulajadi dan ketara ialah K-40 dan unsur daripada talium kepada uranium.
Beta-plus pereputan
Terdapat juga transformasi beta tambah. Ia juga dipanggil pereputan beta positron. Ia mengeluarkan zarah yang dipanggil positron daripada nukleus. Hasilnya ialah transformasi elemen asal kepada elemen di sebelah kiri, yang mempunyai nombor yang lebih rendah.
Contoh
Apabila pereputan beta elektron berlaku, magnesium-23 menjadi isotop natrium yang stabil. Europium-150 radioaktif menjadi samarium-150.
Tindak balas pereputan beta yang terhasil boleh menghasilkan pelepasan beta+ dan beta. Halaju pelepasan zarah dalam kedua-dua kes ialah 0.9 kali ganda kelajuan cahaya.
Reput radioaktif lain
Selain tindak balas seperti pereputan alfa dan pereputan beta, yang formulanya diketahui secara meluas, terdapat proses lain yang lebih jarang dan lebih bercirikan radionuklid tiruan.
Reputan neutron. Zarah neutral 1 unit dipancarkanjisim. Semasa itu, satu isotop bertukar menjadi satu lagi dengan nombor jisim yang lebih kecil. Contohnya ialah penukaran litium-9 kepada litium-8, helium-5 kepada helium-4.
Apabila isotop stabil iodin-127 disinari dengan sinar gamma, ia menjadi isotop nombor 126 dan memperoleh radioaktiviti.
Proton pereputan. Ia amat jarang berlaku. Semasa itu, proton dipancarkan, mempunyai cas +1 dan 1 unit jisim. Berat atom berkurangan sebanyak satu nilai.
Sebarang perubahan radioaktif, khususnya, pereputan radioaktif, disertai dengan pembebasan tenaga dalam bentuk sinaran gamma. Mereka memanggilnya sinar gamma. Dalam sesetengah kes, sinar-x tenaga yang lebih rendah diperhatikan.
Reput gamma. Ia adalah aliran gamma quanta. Ia adalah sinaran elektromagnet, lebih keras daripada sinar-X, yang digunakan dalam perubatan. Akibatnya, gamma quanta muncul, atau tenaga mengalir dari nukleus atom. Sinar-X juga merupakan elektromagnet tetapi berasal daripada kulit elektron atom.
Zarah alfa berjalan
Zarah alfa dengan jisim 4 unit atom dan cas +2 bergerak dalam garis lurus. Oleh sebab itu, kita boleh bercakap tentang julat zarah alfa.
Nilai larian bergantung pada tenaga awal dan berkisar antara 3 hingga 7 (kadang-kadang 13) cm di udara. Dalam medium tumpat, ia adalah seperseratus milimeter. Sinaran sedemikian tidak boleh menembusi kepingankertas dan kulit manusia.
Oleh kerana jisim dan nombor casnya sendiri, zarah alfa mempunyai kuasa pengionan tertinggi dan memusnahkan segala-galanya di laluannya. Dalam hal ini, radionuklid alfa adalah yang paling berbahaya bagi manusia dan haiwan apabila terdedah kepada badan.
Penembusan zarah beta
Disebabkan nombor jisim yang kecil, iaitu 1836 kali kurang daripada proton, cas negatif dan saiz, sinaran beta mempunyai kesan lemah pada bahan yang melaluinya ia terbang, tetapi lebih-lebih lagi, penerbangan lebih lama. Juga laluan zarah tidak lurus. Dalam hal ini, mereka bercakap tentang keupayaan menembusi, yang bergantung pada tenaga yang diterima.
Kuasa penembusan zarah beta yang dihasilkan semasa pereputan radioaktif mencapai 2.3 m di udara, dalam cecair ia dikira dalam sentimeter, dan dalam pepejal - dalam pecahan sentimeter. Tisu badan manusia menghantar sinaran sedalam 1.2 cm. Untuk melindungi daripada sinaran beta, lapisan mudah air sehingga 10 cm boleh berfungsi. Aliran zarah dengan tenaga pereputan yang cukup tinggi sebanyak 10 MeV hampir diserap sepenuhnya oleh lapisan sedemikian: udara - 4 m; aluminium - 2.2 cm; besi - 7.55 mm; plumbum - 5, 2 mm.
Memandangkan saiznya yang kecil, zarah sinaran beta mempunyai kapasiti pengionan yang rendah berbanding zarah alfa. Walau bagaimanapun, apabila ditelan, ia jauh lebih berbahaya daripada semasa pendedahan luaran.
Neutron dan gamma pada masa ini mempunyai prestasi penembusan tertinggi antara semua jenis sinaran. Julat sinaran ini di udara kadangkala mencecah puluhan dan ratusanmeter, tetapi dengan prestasi pengionan yang lebih rendah.
Kebanyakan isotop sinar gamma tidak melebihi 1.3 MeV dalam tenaga. Jarang, nilai 6.7 MeV dicapai. Dalam hal ini, untuk melindungi daripada sinaran sedemikian, lapisan keluli, konkrit dan plumbum digunakan untuk faktor pengecilan.
Sebagai contoh, untuk melemahkan sinaran gamma kob alt sepuluh kali ganda, perisai plumbum diperlukan kira-kira 5 cm tebal, untuk pengecilan 100 kali ganda, 9.5 cm diperlukan. Perisai konkrit akan menjadi 33 dan 55 cm, dan air - 70 dan 115 cm.
Prestasi pengionan neutron bergantung pada prestasi tenaganya.
Dalam apa jua keadaan, cara terbaik untuk melindungi daripada sinaran ialah menjauhkan diri dari sumber yang mungkin dan meluangkan masa sesedikit mungkin di kawasan sinaran tinggi.
Pembelahan nukleus atom
Di bawah pembelahan nukleus atom bermaksud spontan, atau di bawah pengaruh neutron, pembahagian nukleus kepada dua bahagian, lebih kurang sama saiznya.
Kedua-dua bahagian ini menjadi isotop radioaktif unsur daripada bahagian utama jadual unsur kimia. Bermula daripada kuprum hingga lantanida.
Semasa pelepasan, beberapa neutron tambahan terlepas dan terdapat lebihan tenaga dalam bentuk gamma quanta, yang jauh lebih besar daripada semasa pereputan radioaktif. Jadi, dalam satu tindakan pereputan radioaktif, satu gamma quanta muncul, dan semasa tindakan pembelahan, 8, 10 gamma quanta muncul. Selain itu, serpihan bertaburan mempunyai tenaga kinetik yang besar, yang bertukar menjadi penunjuk terma.
Neutron yang dilepaskan mampu mencetuskan pemisahan sepasang nukleus yang serupa jika ia terletak berdekatan dan neutron mengenainya.
Ini meningkatkan kemungkinan tindak balas rantai bercabang dan mempercepatkan membelah nukleus atom dan menghasilkan sejumlah besar tenaga.
Apabila tindak balas berantai sedemikian terkawal, ia boleh digunakan untuk tujuan tertentu. Sebagai contoh, untuk pemanasan atau elektrik. Proses sedemikian dijalankan di loji tenaga nuklear dan reaktor.
Jika anda hilang kawalan terhadap tindak balas, letupan atom akan berlaku. Serupa digunakan dalam senjata nuklear.
Dalam keadaan semula jadi, hanya terdapat satu unsur - uranium, yang mempunyai hanya satu isotop pembelahan dengan nombor 235. Ia adalah gred senjata.
Dalam reaktor atom uranium biasa dari uranium-238, di bawah pengaruh neutron, mereka membentuk isotop baru pada nombor 239, dan daripadanya - plutonium, yang tiruan dan tidak berlaku secara semula jadi. Dalam kes ini, plutonium-239 yang terhasil digunakan untuk tujuan senjata. Proses pembelahan nukleus atom ini adalah intipati semua senjata dan tenaga atom.
Fenomena seperti pereputan alfa dan pereputan beta, formula yang dipelajari di sekolah, tersebar luas pada zaman kita. Terima kasih kepada tindak balas ini, terdapat loji kuasa nuklear dan banyak industri lain berdasarkan fizik nuklear. Walau bagaimanapun, jangan lupa tentang keradioaktifan banyak unsur ini. Apabila bekerja dengan mereka, perlindungan khas dan pematuhan semua langkah berjaga-jaga diperlukan. Jika tidak, ini boleh menyebabkanbencana yang tidak boleh diperbaiki.
