Alfa henfald

Alfa-henfald ( α-henfald ) er en type radioaktivt henfald af kernen , som resulterer i, at den dobbeltmagiske kerne af helium 4 He udsendes  - en alfapartikel [1] . I dette tilfælde falder kernens massenummer med 4, og atomnummeret  - med 2.

Teori

Alfa-henfald fra grundtilstanden observeres kun i tilstrækkeligt tunge kerner, for eksempel i radium-226 eller uran-238 . Alfa-radioaktive kerner forekommer i tabellen over nuklider startende fra atomnummer 52 ( tellur ) og massenummer omkring 106-110, og med atomnummer større end 82 og massetal større end 200, er næsten alle nuklider alfa-radioaktive, selvom de kan have alfa-henfald og ikke-dominant henfaldstilstand. Blandt naturlige isotoper observeres alfa-radioaktivitet i flere nuklider af sjældne jordarters grundstoffer (neodymium-144, samarium-147, samarium-148, europium-151, gadolinium-152) såvel som i flere tungmetalnuklider (hafnium-174, wolfram-180, osmium-186, platin-190, bismuth-209, thorium-232, uranium-235, uranium-238) og kortlivede henfaldsprodukter af uran og thorium.

Alfa-henfald fra stærkt exciterede tilstande af kernen observeres også i en række lette nuklider, for eksempel i lithium-7. Blandt lette nuklider opleves alfa-henfald fra grundtilstanden af ​​helium-5 (henfald til α + n ), lithium-5 (α + p ), beryllium-6 (α + 2p ), beryllium-8 (2α) og bor -9 (2α + p ) [2] .

Alfa-partiklen oplever en tunnelovergang gennem en potentiel barriere på grund af kernekræfter , så alfa-henfald er i det væsentlige en kvanteproces . Da sandsynligheden for tunneleffekten eksponentielt afhænger af barrierehøjden [3] , vokser halveringstiden for alfa-aktive kerner eksponentielt med aftagende alfapartikelenergi (dette faktum er indholdet af Geiger-Nattall-loven ). Ved en alfapartikelenergi på mindre end 2 MeV overstiger alfa-aktive kerners levetid væsentligt universets levetid . Selvom de fleste naturlige isotoper , der er tungere end cerium , i princippet er i stand til at henfalde gennem denne kanal, har kun få af dem faktisk registreret et sådant henfald.

En alfapartikels flugthastighed varierer fra 9400 km/s ( neodymiumisotop 144 Nd) til 23.700 km/s for poloniumisotopen 212m Po . Generelt ser alfa-henfaldsformlen sådan ud:

Et eksempel på alfa-henfald for 238 U isotopen :

Alfa-henfald kan ses som et ekstremt tilfælde af cluster-henfald .

Historie

Alfa-henfald blev først identificeret af den britiske fysiker Ernest Rutherford i 1899 [4] . På samme tid i Paris udførte den franske fysiker Paul Villard lignende eksperimenter, men havde ikke tid til at adskille strålingen før Rutherford. Den første kvantitative teori om alfa-henfald blev udviklet af den sovjetiske og amerikanske fysiker Georgy Gamow .

Fare for levende organismer

Da de er ret tunge og positivt ladede, har alfapartikler fra radioaktivt henfald en meget kort rækkevidde i stoffet, og når de bevæger sig gennem et medium, mister de hurtigt energi i kort afstand fra kilden. Dette fører til, at al strålingsenergien frigives i en lille mængde stof, hvilket øger chancerne for celleskade , når strålingskilden kommer ind i kroppen. Imidlertid er ekstern stråling fra radioaktive kilder harmløs, da alfapartikler effektivt kan fanges af flere centimeter luft eller titusvis af mikrometer af et tæt stof - for eksempel et ark papir og endda et lidet dødt lag af epidermis (hudoverfladen) ), uden at nå levende celler. Selv berøring af en kilde til ren alfastråling er ikke farlig, selvom det skal huskes, at mange kilder til alfastråling også udsender meget mere gennemtrængende typer stråling ( betapartikler , gammastråler , nogle gange neutroner). Men hvis en alfakilde kommer ind i kroppen, resulterer det i betydelig strålingseksponering. Alfastrålingskvalitetsfaktoren er 20 (mere end alle andre typer ioniserende stråling, med undtagelse af tunge kerner og fissionsfragmenter ). Det betyder, at i levende væv skaber en alfapartikel anslået 20 gange mere skade end en gammastråle eller beta-partikel med samme energi.

Alt ovenstående gælder for radioaktive kilder til alfapartikler, hvis energier ikke overstiger 15 MeV . Alfa-partikler produceret ved acceleratoren kan have betydeligt højere energier og skabe en betydelig dosis selv med ekstern bestråling af kroppen.

Noter

  1. ↑ Mukhin K. N. Eksperimentel kernefysik. I 2 bøger. Bestil. 1. Atomkernens fysik. Del I. Egenskaber ved nukleoner, kerner og radioaktiv stråling. — M.: Energoatomizdat, 1993. — S. 137. — ISBN 5-283-04080-1
  2. ↑ Nudat 2. Interactive Chart of Nuclides Arkiveret 6. april 2018 på Wayback Machine . National Nuclear Data Center, Brookhaven National Laboratory.
  3. ↑ Malyarov, 1959 , s. 231.
  4. ↑ Rutherford E. Uranstråling og den elektriske ledning produceret af den  //  Philosophical Magazine, Series 5. - 1899. - Vol. 47 , udg. 284 . - S. 109-163 .

Litteratur