يطلق على إشعاع ألفا وبيتا عمومًا الانحلال الإشعاعي. هذه عملية هي انبعاث جسيمات دون ذرية من النواة ، وتحدث بسرعة هائلة. نتيجة لذلك ، يمكن أن تتغير الذرة أو نظيرها من عنصر كيميائي إلى آخر. اضمحلال النوى ألفا وبيتا هو سمة من سمات العناصر غير المستقرة. وتشمل هذه جميع الذرات التي يزيد عدد شحنتها عن 83 وعدد كتليها أكبر من 209.
شروط رد الفعل
التحلل ، مثل التحولات الإشعاعية الأخرى ، طبيعي ومصطنع. يحدث هذا الأخير بسبب دخول بعض الجسيمات الأجنبية إلى النواة. يعتمد مقدار تحلل ألفا وبيتا الذي يمكن أن تتعرض له الذرة فقط على مدى سرعة الوصول إلى حالة مستقرة.
في ظل الظروف الطبيعية ، يحدث اضمحلال ألفا وبيتا ناقصًا.
في ظل ظروف اصطناعية ، النيوترون والبوزيترون والبروتون وأنواع أخرى نادرة من التحلل وتحولات النوى موجودة.
أعطيت هذه الأسماء من قبل إرنست رذرفورد ، الذي درس الإشعاع المشع.
الفرق بين المستقر وغير المستقرالأساسية
القدرة على التحلل تعتمد بشكل مباشر على حالة الذرة. ما يسمى بالنواة "المستقرة" أو غير المشعة هو سمة من سمات الذرات غير المتحللة. من الناحية النظرية ، يمكن ملاحظة هذه العناصر إلى أجل غير مسمى من أجل الاقتناع النهائي باستقرارها. هذا مطلوب من أجل فصل هذه النوى عن النوى غير المستقرة ، والتي لها عمر نصفي طويل للغاية.
عن طريق الخطأ ، يمكن الخلط بين هذه الذرة "البطيئة" والذرة المستقرة. ومع ذلك ، يمكن أن يكون التيلوريوم ، وبشكل أكثر تحديدًا ، نظيره رقم 128 ، الذي يبلغ عمر نصفه 2.2 · 1024سنوات ، مثالاً صارخًا. هذه الحالة ليست معزولة. Lanthanum-138 لديه نصف عمر 1011سنوات. هذه الفترة هي ثلاثون ضعف عمر الكون الحالي.
جوهر الاضمحلال الإشعاعي
تحدث هذه العملية بشكل عشوائي. تكتسب كل النويدات المشعة المتحللة معدلًا ثابتًا لكل حالة. لا يمكن أن يتغير معدل الاضمحلال تحت تأثير العوامل الخارجية. لا يهم ما إذا كان التفاعل سيحدث تحت تأثير قوة الجاذبية الهائلة ، عند الصفر المطلق ، في مجال كهربائي ومغناطيسي ، أثناء أي تفاعل كيميائي ، وما إلى ذلك. يمكن أن تتأثر العملية فقط بالتأثير المباشر على الجزء الداخلي من نواة الذرة ، وهو أمر مستحيل عمليًا. يكون التفاعل عفويًا ويعتمد فقط على الذرة التي يتقدم فيها وحالتها الداخلية.
عند الإشارة إلى التحلل الإشعاعي ، غالبًا ما يستخدم مصطلح "النويدات المشعة". بالنسبة لأولئك الذين ليسوا كذلكعلى دراية بها ، يجب أن تعلم أن هذه الكلمة تشير إلى مجموعة من الذرات التي لها خصائص مشعة ، وعدد كتلتها ، وعددها الذري وحالة الطاقة.
تستخدم النويدات المشعة المختلفة في المجالات التقنية والعلمية وغيرها من مجالات الحياة البشرية. على سبيل المثال ، في الطب ، تُستخدم هذه العناصر في تشخيص الأمراض ومعالجة الأدوية والأدوات والعناصر الأخرى. حتى أن هناك عددًا من العقاقير العلاجية والإنذارية.
لا يقل أهمية عن تعريف النظير. تشير هذه الكلمة إلى نوع خاص من الذرات. لديهم نفس العدد الذري للعنصر العادي ، لكن رقم كتلة مختلف. هذا الاختلاف ناتج عن عدد النيوترونات التي لا تؤثر على الشحنة ، مثل البروتونات والإلكترونات ، ولكنها تغير كتلتها. على سبيل المثال ، يحتوي الهيدروجين البسيط على ما يصل إلى 3 منها ، وهذا هو العنصر الوحيد الذي تم تسمية نظائره بأسماء: الديوتيريوم والتريتيوم (الوحيد المشع) والبروتيوم. في حالات أخرى ، يتم إعطاء الأسماء وفقًا للكتلة الذرية والعنصر الرئيسي.
تسوس ألفا
هذا نوع من التفاعل الإشعاعي. إنه نموذجي للعناصر الطبيعية من الفترتين السادسة والسابعة من الجدول الدوري للعناصر الكيميائية. خاصة بالنسبة للعناصر الاصطناعية أو عبر اليورانيوم.
العناصر المعرضة لانحلال ألفا
عدد المعادن التي تتميز بهذا الاضمحلال تشمل الثوريوم واليورانيوم وعناصر أخرى من الفترتين السادسة والسابعة من الجدول الدوري للعناصر الكيميائية ، بدءًا من البزموت. تخضع العملية أيضًا لنظائر من بين الثقيلالعناصر.
ماذا يحدث أثناء رد الفعل؟
عندما يبدأ اضمحلال ألفا ، فإن الانبعاث من نواة الجسيمات يتكون من بروتونات وزوج من النيوترونات. الجسيم المنبعث بحد ذاته هو نواة ذرة الهيليوم ، بكتلة 4 وحدات وشحنة + 2.
نتيجة لذلك ، يظهر عنصر جديد ، يقع في خليتين على يسار الأصل في الجدول الدوري. يتم تحديد هذا الترتيب من خلال حقيقة أن الذرة الأصلية فقدت بروتونين ومعها - الشحنة الأولية. نتيجة لذلك ، يتم تقليل كتلة النظير الناتج بمقدار 4 وحدات كتلة مقارنة بالحالة الأولية.
أمثلة
خلال هذا الاضمحلال ، يتكون الثوريوم من اليورانيوم. يأتي الراديوم من الثوريوم ، ومنه يأتي الرادون ، الذي ينتج البولونيوم في النهاية ، وأخيراً الرصاص. في هذه العملية ، تتشكل نظائر هذه العناصر وليس هي نفسها. لذلك ، اتضح أن اليورانيوم 238 ، والثوريوم -234 ، والراديوم 230 ، والرادون 236 وما إلى ذلك ، حتى ظهور عنصر مستقر. الصيغة لمثل هذا التفاعل كما يلي:
Th-234 -> Ra-230 -> Rn-226 -> Po-222 -> Pb-218
سرعة جسيم ألفا المحدد في لحظة الانبعاث تتراوح من 12 إلى 20 ألف كم / ثانية. كونه في فراغ ، فإن مثل هذا الجسيم سيدور حول الكرة الأرضية في ثانيتين ، متحركًا على طول خط الاستواء.
اضمحلال بيتا
الفرق بين هذا الجسيم والإلكترون هو في مكان الظهور. يحدث تسوس بيتا في نواة الذرة ، وليس في غلاف الإلكترون المحيط بها. الأكثر شيوعا من بين جميع التحولات المشعة الموجودة. يمكن ملاحظته في جميع الموجودة حاليًا تقريبًاالعناصر الكيميائية. ويترتب على ذلك أن لكل عنصر نظيرًا واحدًا على الأقل عرضة للتحلل. في معظم الحالات ، يؤدي تسوس بيتا إلى تحلل بيتا ناقص.
تدفق رد الفعل
في هذه العملية ، يتم إخراج إلكترون من النواة ، والتي نشأت بسبب التحول التلقائي للنيوترون إلى إلكترون وبروتون. في هذه الحالة ، بسبب الكتلة الأكبر ، تبقى البروتونات في النواة ، ويغادر الإلكترون ، المسمى بجسيم بيتا ناقص ، الذرة. ونظرًا لوجود عدد أكبر من البروتونات لكل وحدة ، فإن نواة العنصر نفسه تتغير لأعلى وتقع على يمين العنصر الأصلي في الجدول الدوري.
أمثلة
اضمحلال بيتا مع البوتاسيوم 40 يحولها إلى نظير كالسيوم يقع على اليمين. الكالسيوم المشع 47 يصبح سكانديوم -47 ، والذي يمكن أن يتحول إلى تيتانيوم -47 مستقر. كيف يبدو هذا الاضمحلال بيتا؟ الصيغة:
Ca-47 -> Sc-47 -> Ti-47
سرعة جسيم بيتا 0.9 ضعف سرعة الضوء ، أي 270.000 كم / ثانية.
لا يوجد الكثير من النويدات النشطة بيتا في الطبيعة. هناك عدد قليل جدا من الشخصيات المهمة. مثال على ذلك البوتاسيوم -40 ، والذي يمثل فقط 119/10000 في خليط طبيعي. أيضًا ، من بين النويدات المشعة النشطة الطبيعية بيتا ناقصًا منتجات اضمحلال ألفا وبيتا لليورانيوم والثوريوم.
تحلل بيتا له مثال نموذجي: الثوريوم -234 ، والذي يتحول في اضمحلال ألفا إلى بروتكتينيوم -234 ، ثم بنفس الطريقة يتحول إلى يورانيوم ، لكن نظيره الآخر رقم 234. هذا اليورانيوم 234 مرة أخرى بسبب ألفا يصبح الاضمحلالالثوريوم ، ولكن بالفعل مجموعة مختلفة منه. ثم يتحول هذا الثوريوم 230 إلى الراديوم 226 ، والذي يتحول إلى رادون. وبنفس التسلسل ، حتى الثاليوم ، فقط مع انتقالات بيتا مختلفة. ينتهي اضمحلال بيتا المشع هذا بتكوين رصاص مستقر 206. هذا التحول له الصيغة التالية:
Th-234 -> Pa-234 -> U-234 -> Th-230 -> Ra-226 -> Rn-222 -> At-218 -> Po-214 -> ثنائية 210 -> Pb-206
النويدات المشعة النشطة بيتا الطبيعية والهامة هي K-40 وعناصر من الثاليوم إلى اليورانيوم.
تسوس بيتا بلس
هناك أيضًا تحول بيتا زائد. ويسمى أيضا اضمحلال بيتا البوزيترون. ينبعث من النواة جسيم يسمى البوزيترون. والنتيجة هي تحويل العنصر الأصلي إلى العنصر الموجود على اليسار ، والذي يحتوي على رقم أقل.
مثال
عندما يحدث اضمحلال بيتا الإلكترون ، يصبح المغنيسيوم 23 نظيرًا ثابتًا للصوديوم. اليوروبيوم -150 المشع يصبح السماريوم 150.
يمكن أن ينتج عن تفاعل اضمحلال بيتا الناتج انبعاثات بيتا + وبيتا. سرعة هروب الجسيم في كلتا الحالتين هي 0.9 ضعف سرعة الضوء.
اضمحلال إشعاعي آخر
بالإضافة إلى تفاعلات مثل تسوس ألفا واضمحلال بيتا ، الصيغة المعروفة على نطاق واسع ، هناك عمليات أخرى نادرة وأكثر تميزًا للنويدات المشعة الاصطناعية.
اضمحلال النيوترون. ينبعث جسيم محايد من وحدة واحدةالجماهير. خلال ذلك ، يتحول أحد النظائر إلى نظير آخر برقم كتلة أصغر. مثال على ذلك هو تحويل الليثيوم 9 إلى الليثيوم 8 ، والهيليوم 5 إلى الهليوم -4.
عندما يتم تشعيع نظير مستقر لليود 127 بأشعة جاما ، يصبح النظير رقم 126 ويكتسب النشاط الإشعاعي.
اضمحلال البروتون. إنه نادر للغاية. أثناء ذلك ، ينبعث بروتون ، له شحنة +1 ووحدة كتلة واحدة. الوزن الذري ينقص بقيمة واحدة
أي تحول إشعاعي ، على وجه الخصوص ، التحلل الإشعاعي ، يكون مصحوبًا بإطلاق طاقة على شكل إشعاع جاما. يسمونها أشعة جاما. في بعض الحالات ، لوحظ انخفاض طاقة الأشعة السينية.
اضمحلال جاما. إنه تيار من كوانتا جاما. إنه إشعاع كهرومغناطيسي أصعب من الأشعة السينية التي تستخدم في الطب. ونتيجة لذلك ، تظهر كوانت جاما ، أو تتدفق الطاقة من نواة الذرة. الأشعة السينية هي أيضًا كهرومغناطيسية ولكنها تنشأ من قذائف الإلكترون للذرة.
تشغيل جسيمات ألفا
تتحرك جسيمات ألفا بكتلة 4 وحدات ذرية وشحنة +2 في خط مستقيم. لهذا السبب ، يمكننا التحدث عن نطاق جسيمات ألفا.
تعتمد قيمة المدى على الطاقة الأولية وتتراوح من 3 إلى 7 (أحيانًا 13) سم في الهواء. في وسط كثيف ، تساوي جزء من مائة من المليمتر. مثل هذا الإشعاع لا يمكن أن تخترق ورقةالورق والجلد البشري.
بسبب كتلته ورقم شحنته ، يمتلك جسيم ألفا أعلى قوة تأين ويدمر كل شيء في طريقه. في هذا الصدد ، تعتبر النويدات المشعة ألفا هي الأكثر خطورة على الإنسان والحيوان عند تعرضها للجسم.
اختراق الجسيمات بيتا
بسبب العدد الكتلي الصغير ، الذي يقل 1836 مرة عن البروتون ، والشحنة السالبة والحجم ، فإن إشعاع بيتا له تأثير ضعيف على المادة التي يطير من خلالها ، ولكن علاوة على ذلك ، فإن الرحلة أطول. كما أن مسار الجسيم ليس مستقيماً. وفي هذا الصدد يتحدثون عن قدرة الاختراق التي تعتمد على الطاقة المستقبلة
قوة اختراق جسيمات بيتا المنتجة أثناء التحلل الإشعاعي تصل إلى 2.3 متر في الهواء ، وفي السوائل تُحسب بالسنتيمتر ، وفي المواد الصلبة - في أجزاء من السنتيمتر. تنقل أنسجة جسم الإنسان الإشعاع بعمق 1.2 سم. للحماية من إشعاع بيتا ، يمكن استخدام طبقة بسيطة من الماء يصل ارتفاعها إلى 10 سم ، ويتم امتصاص تدفق الجسيمات التي تحتوي على طاقة تحلل عالية بما يكفي تبلغ 10 ميغا إلكترون فولت بالكامل تقريبًا بواسطة هذه الطبقات: الهواء - 4 أمتار ؛ ألومنيوم - 2.2 سم ؛ حديد - 7.55 مم ؛ رصاص - 5 ، 2 مم.
نظرًا لصغر حجمها ، تتمتع جسيمات إشعاع بيتا بقدرة منخفضة على التأين مقارنة بجزيئات ألفا. ومع ذلك ، عند تناولها ، فهي أكثر خطورة بكثير من التعرض الخارجي.
لدى النيوترون وجاما حاليًا أعلى أداء اختراق بين جميع أنواع الإشعاع. يصل مدى هذه الإشعاعات في الهواء أحيانًا إلى عشرات ومئاتمتر ، ولكن مع أداء أقل في التأين.
معظم نظائر أشعة جاما لا تتجاوز طاقة 1.3 ميجا فولت. نادرًا ما يتم الوصول إلى قيم 6.7 ميغا إلكترون فولت. في هذا الصدد ، للحماية من مثل هذه الإشعاعات ، يتم استخدام طبقات من الفولاذ والخرسانة والرصاص لعامل التوهين.
على سبيل المثال ، من أجل التخفيف من إشعاع غاما الكوبالت بمقدار عشرة أضعاف ، يلزم وجود درع من الرصاص يبلغ سمكه حوالي 5 سم ، وللتوهين بمقدار 100 ضعف ، يلزم 9.5 سم. سيكون التدريع الخرساني 33 و 55 سم ، والماء - 70 و 115 سم
يعتمد الأداء المؤين للنيوترونات على أداء طاقتها.
في أي موقف ، فإن أفضل طريقة للحماية من الإشعاع هي الابتعاد عن المصدر قدر الإمكان وقضاء أقل وقت ممكن في منطقة الإشعاع العالية.
انشطار النوى الذرية
تحت انشطار نوى الذرات يعني تلقائيا ، أو تحت تأثير النيوترونات ، تقسيم النواة إلى جزأين متساويين في الحجم تقريبا.
يصبح هذان الجزءان نظائر مشعة لعناصر من الجزء الرئيسي لجدول العناصر الكيميائية. بدءا من النحاس إلى اللانثانيدات.
أثناء الإطلاق ، يهرب زوجان من النيوترونات الزائدة وهناك فائض من الطاقة على شكل كوانت جاما ، وهي أكبر بكثير مما كانت عليه أثناء الاضمحلال الإشعاعي. لذلك ، في فعل واحد من الاضمحلال الإشعاعي ، تظهر كمات جاما واحدة ، وأثناء فعل الانشطار ، تظهر 8 ، 10 جاما كوانتا. أيضا ، الأجزاء المتناثرة لها طاقة حركية كبيرة ، والتي تتحول إلى مؤشرات حرارية.
النيوترونات المحررة قادرة على استفزاز انفصال زوج من النوى المتشابهة إذا كانتا في مكان قريب واصطدمت بهما النيوترونات.
هذا يثير احتمال حدوث تفرع وتسريع تفاعل تسلسلي لانقسام النوى الذرية وخلق كمية كبيرة من الطاقة.
عندما يكون مثل هذا التفاعل المتسلسل تحت السيطرة ، يمكن استخدامه لأغراض معينة. على سبيل المثال ، للتدفئة أو الكهرباء. تتم مثل هذه العمليات في محطات الطاقة النووية والمفاعلات.
إذا فقدت السيطرة على التفاعل ، سيحدث انفجار ذري. يستخدم المماثل في الأسلحة النووية.
في الظروف الطبيعية ، لا يوجد سوى عنصر واحد - اليورانيوم ، الذي يحتوي على نظير انشطاري واحد فقط برقم 235. وهو من فئة الأسلحة.
في مفاعل ذري يورانيوم عادي من اليورانيوم 238 ، وتحت تأثير النيوترونات ، يشكلون نظيرًا جديدًا برقم 239 ، ومنه - البلوتونيوم ، وهو اصطناعي ولا يحدث بشكل طبيعي. في هذه الحالة ، يتم استخدام البلوتونيوم 239 الناتج لأغراض الأسلحة. هذه العملية من انشطار النوى الذرية هي جوهر كل الأسلحة الذرية والطاقة.
ظواهر مثل تسوس ألفا واضمحلال بيتا ، التي تدرس صيغتها في المدرسة ، منتشرة في عصرنا. بفضل هذه التفاعلات ، توجد محطات للطاقة النووية والعديد من الصناعات الأخرى القائمة على الفيزياء النووية. ومع ذلك ، لا تنس النشاط الإشعاعي للعديد من هذه العناصر. عند العمل معهم ، يلزم توفير حماية خاصة والامتثال لجميع الاحتياطات. خلاف ذلك ، قد يؤدي هذا إلىكارثة لا تعوض.
