Alfapartikel

Den aktuelle version af siden er endnu ikke blevet gennemgået af erfarne bidragydere og kan afvige væsentligt fra den version , der blev gennemgået den 27. marts 2022; checks kræver 2 redigeringer .
alfapartikel
α, α2 + , He 2+
alfapartikel
isotopkerne Helium-4 ( )
Kemisk grundstof Helium
Forbindelse 2 protoner , 2 neutroner
En familie boson
Magnetisk øjeblik 0
Elektrisk quadrupol moment 0
Massenummer ( baryonnummer ) fire
Vægt 3,727379240(82) GeV (ca. 6,644656⋅10 −27 kg)
Messe , a.m.u. 4,001506179125(62)
Bond energi 28,3 MeV (7,1 MeV pr. nukleon) [1]
Livstid stabil
Paritet +
kvantetal
Elektrisk ladning 2
Spin 0
Isotopisk spin 0
Hypercharge fire

Alfa-partikel (α-partikel) - positivt ladet partikel dannet af to protoner og to neutroner ; kernen af ​​et helium-4 atom ( ) . Først opdaget af E. Rutherford i 1899 [1] . Alfa-partikler kan forårsage nukleare reaktioner ; i den første kunstigt inducerede kernereaktion, udført af E. Rutherford i 1919 (omdannelsen af ​​nitrogenkerner til iltkerner), var det alfapartikler, der deltog. Strømmen af ​​alfapartikler kaldes alfastråler [2] eller alfastråling [3] .

Uddannelse

Alfa-partikler opstår fra alfa-henfald af kerner, under nukleare reaktioner og som et resultat af den fuldstændige ionisering af helium-4-atomer. For eksempel, som et resultat af vekselvirkningen af ​​lithium-6- kernen med et deuteron , kan der dannes to alfapartikler: 6 Li + 2 H = 4 He + 4 He . Alfa-partikler udgør en væsentlig del af de primære kosmiske stråler ; de fleste af dem er accelererede heliumkerner fra stjerneatmosfærer og interstellar gas , nogle er resultatet af nukleare spaltningsreaktioner fra tungere kosmiske strålekerner. Alfapartikler med høj energi kan genereres ved hjælp af partikelacceleratorer .

Egenskaber

Massen af ​​en alfapartikel er 4.001 506 179 127(63) atomare masseenheder [4] (ca. 6.644 657 3357(20)⋅10 −27 kg ), hvilket svarer til en energi på 3727.379 4066 [511) MeV (51 ) ] . Spin og magnetisk moment er nul. Bindingsenergien (udtrykt i energienheder er forskellen mellem den samlede masse af to protoner og to neutroner og massen af ​​en alfapartikel) er 28.295 6108(16) MeV ( 7.073 9027(4) MeV pr. nukleon ) [6] [ 7] . Masseoverskuddet er 2424,9158(1) keV [8] . Ladningen af ​​en alfapartikel er positiv og lig med to gange den elementære ladning , eller cirka 3.218 10-19 C.

Penetration

Tungt ladede partikler interagerer hovedsageligt med atomare elektroner og afviger derfor lidt fra retningen af ​​deres indledende bevægelse. Som et resultat heraf måles banen for en tung partikel R ved afstanden i en lige linje fra partiklernes kilde til punktet for deres stop. Typisk måles kørslen i længdeenheder (m, cm, mikron) samt materialets overfladetæthed (eller tilsvarende kølængden gange tætheden) (g/cm 2 ). Udtrykket af området i længdeenheder giver mening for en fast massefylde af mediet (f.eks. vælges tør luft ofte som medium under normale forhold ). Den fysiske betydning af området med hensyn til overfladedensitet er massen pr. arealenhed af laget tilstrækkelig til at stoppe partiklen.

Vejlængden af ​​en α-partikel afhængig af dens energi og medium
onsdag Energi af α-partikler, MeV
fire 6 otte ti
Banelængde af α-partikel, mm
Luft under normale forhold 25 46 74 106
biologisk væv 0,031 0,056 0,096 0,130
Aluminium 0,016 0,030 0,048 0,069

Detektion

Alfa-partikler detekteres ved hjælp af scintillationsdetektorer , gasudladningsdetektorer , siliciumstiftdioder (overfladebarrieredetektorer, der er ufølsomme over for beta- og gammastråling) og passende forstærkende elektronik samt brug af spordetektorer . For at detektere alfapartikler med energier, der er karakteristiske for radioaktivt henfald, er det nødvendigt at tilvejebringe en lav overfladetæthed på skærmen, der adskiller detektorens følsomme volumen fra omgivelserne. For eksempel kan der i gasudladningsdetektorer installeres et glimmervindue med en tykkelse på flere mikrometer, gennemsigtigt for alfapartikler. I halvlederoverfladebarrieredetektorer er en sådan skærm ikke nødvendig; detektorens arbejdsområde kan være i direkte kontakt med luft. Ved påvisning af alfa-aktive radionuklider i væsker blandes teststoffet med en væskescintillator.

På nuværende tidspunkt er siliciumoverfladebarriere alfapartikeldetektorer de mest almindelige, hvor et tyndt lag med n -type ledningsevne skabes på overfladen af ​​en halvlederkrystal med p -type ledningsevne ved diffusionsintroduktion af en donorurenhed (f.eks. fosfor ). Anvendelsen af ​​en omvendt bias til pn - forbindelsen udtømmer det følsomme område af detektoren med ladningsbærere . En alfapartikel, der ioniserer et stof, kommer ind i denne region og forårsager fødslen af ​​flere millioner elektron-hul-par, som forårsager en registreret strømimpuls med en amplitude proportional med antallet af producerede par og følgelig den kinetiske energi af den absorberede alfapartikel . Da udtømningsområdet har en meget lille tykkelse, er detektoren kun følsom over for partikler med høj ioniseringstæthed (alfapartikler, protoner, fissionsfragmenter, tunge ioner) og er ufølsom over for beta- og gammastråling.

Indvirkning på elektronik

Den ovenfor beskrevne mekanisme til oprettelse af elektron-hul-par af en alfapartikel i halvledere kan forårsage uautoriseret omskiftning af en halvledertrigger, når en alfapartikel med tilstrækkelig energi rammer en siliciumchip. I dette tilfælde erstattes en enkelt bit i hukommelsen med nul (eller omvendt). For at reducere antallet af sådanne fejl bør de materialer, der anvendes til fremstilling af mikrokredsløb, have en lav iboende alfa-aktivitet.

Menneskelig påvirkning

Alfa-partikler dannet under henfaldet af kernen har en begyndende kinetisk energi i området 1,8-15 MeV [9] . Når en alfapartikel bevæger sig gennem et stof, skaber den en kraftig ionisering af de omgivende atomer, og som følge heraf taber den energi meget hurtigt. Energien fra alfapartikler som følge af radioaktivt henfald er ikke nok til at overvinde det døde lag af huden , derfor er der ingen strålingsrisiko under ekstern eksponering for sådanne alfapartikler. Ekstern alfa-stråling er kun sundhedsfarlig i tilfælde af højenergi-alfapartikler (med energier over titusinder af MeV), hvis kilde er en accelerator . Imidlertid er indtrængning af alfa-aktive radionuklider i kroppen, når levende væv i kroppen udsættes direkte for stråling, meget sundhedsfarlig, da en høj ioniseringstæthed langs partikelsporet alvorligt beskadiger biomolekyler . Det menes [10] at med en ensartet energifrigivelse ( absorberet dosis ) er den ækvivalente dosis akkumuleret under intern bestråling med alfapartikler med energier, der er karakteristiske for radioaktivt henfald, 20 gange højere end under bestråling med gamma- og røntgenkvanter. Imidlertid er den lineære energioverførsel af højenergi-alfapartikler (med energier på 200 MeV og derover) meget mindre, så deres relative biologiske effektivitet er sammenlignelig med den for gamma-kvante og beta-partikler .

Således kan α-partikler med energier på 10 MeV og højere, tilstrækkelige til at overvinde det døde hornlag i huden , udgøre en fare for mennesker under ekstern bestråling. Samtidig opererer de fleste forsknings-α-partikelacceleratorer ved energier under 3 MeV [11] .

En meget større fare for mennesker er α-partikler, der opstår fra alfa-henfald af radionuklider, der er kommet ind i kroppen (især gennem luftvejene eller fordøjelseskanalen ) [12] . En mikroskopisk mængde α-radioaktivt stof (for eksempel polonium-210 ) er nok til at forårsage akut strålesyge hos offeret , ofte med dødelig udgang [12] .

Se også

Noter

  1. ↑ 1 2 Ogloblin A. A., Lomanov M. F. ALPHA PARTIKEL // Great Russian Encyclopedia. Elektronisk version (2016); https://bigenc.ru/physics/text/1816460 Arkiveret 27. marts 2022 på Wayback-maskinen Tilgået: 27/03/2022
  2. ↑ Gordienko V. A. Introduktion til økologi (15. maj 2012). Hentet 27. marts 2022. Arkiveret fra originalen 27. marts 2022.
  3. ↑ Interaktion mellem partikler og stof Arkiveret 18. juli 2012 på Wayback Machine .
  4. ↑ Alfa-partikelmasse i u Arkiveret 30. oktober 2021 på Wayback Machine . 2018 CODATA anbefalede værdier.
  5. ↑ Alfa-partikelmasseenergiækvivalent i MeV Arkiveret 23. marts 2021 på Wayback Machine . 2018 CODATA anbefalede værdier.
  6. ↑ Meng Wang , Huang WJ , Kondev FG , Audi G. , Naimi S. The Ame2020 atomic mass evaluation (II). Tabeller, grafer og referencer  (engelsk)  // Chinese Physics C. - 2021. - Vol. 43 , udg. 3 . - P. 030003-1-030003-512 . - doi : 10.1088/1674-1137/abddaf .
  7. ↑ Bemærk, at Nubase2020- og AME 2020-databaserne viser masser og afledte mængder for et neutralt, uexciteret helium-4-atom; for at omdanne til en alfapartikel (et dobbeltioniseret helium-4-atom) er det nødvendigt at trække to elektroners masse fra 2 × 0,510 998 950 00 (15) MeV og tilføje deres bindingsenergi i den laveste tilstand, 0,000 079 005 MeV .
  8. ↑ Kondev FG , Wang M. , Huang WJ , Naimi S. , Audi G. Nubase2020-evalueringen af ​​nukleare egenskaber  // Kinesisk fysik  C. - 2021. - Bd. 45 , iss. 3 . - P. 030001-1-030001-180 . - doi : 10.1088/1674-1137/abddae .Åben adgang
  9. ↑ I nogle tilfælde, under alfa-henfald, kan en kerne, der udsender en alfapartikel, først gå i en exciteret tilstand . I dette tilfælde viser energien af ​​den udsendte alfapartikel sig at være mindre end under overgangen til hovedniveauet af datterkernen, da en del af energien forbliver i kernen. Det exciterede niveau henfalder efterfølgende til kernens grundtilstand, og energien føres væk af en gammastråle eller overføres til atomskallens elektroner (se Intern konvertering ). Imidlertid er sandsynligheden for overgangen af ​​kernen under alfa-henfald til et exciteret niveau som regel stærkt undertrykt, hvilket er forbundet med et eksponentielt fald i sandsynligheden for alfa-henfald med et fald i den kinetiske energi af den udsendte alfa partikler.
  10. ↑ International Commission on Radiation Protection (ICRP) publikation 103. Per fra engelsk. / Under den almindelige redaktion. M. F. Kiseleva og N. K. Shandaly. - M. : Red. LLC PKF "Alana", 2009. - S. 68-71. - 1000 eksemplarer.  - ISBN 978-5-9900350-6-5 .
  11. ↑ Vasilenko O.I. , Ishkhanov B.S. ,  Kapitonov I.M. ,  Seliverstova Zh.M. , Shumakov A.V. RADIATION. - M . : Forlag ved Moskva Universitet, 1996.
  12. ↑ 1 2 BBC: "Retten fik at vide, hvordan polonium blev fundet i Litvinenkos lig" . Dato for adgang: 29. januar 2015. Arkiveret fra originalen 31. januar 2015.

Litteratur

  Gå til Wikidata-elementet  Ordbøger og encyklopædier
I bibliografiske kataloger
 Partikelklassifikationer
Hastighed i forhold til lysets hastighed
Ved tilstedeværelsen af ​​intern struktur og adskillelighed
Fermioner ved tilstedeværelsen af ​​en antipartikel
Dannes under radioaktivt henfald
Kandidater til rollen som mørkt stof partikler
I den inflationære model af universet
Ved tilstedeværelsen af ​​en elektrisk ladning
I teorier om spontan symmetribrud
Efter levetid
Andre klasser