Hvad er alfa-, beta- og gammapartikler?

Alfa, beta, gammastråler: Det lyder næsten som tagline for en old-school-film om rumvæsener fra det ydre rum, der netop er ankommet på Jorden med deres ultrahøjteknologiske gadgets (og forhåbentlig en varm disposition). I virkeligheden er det ikke så langt væk. Alfa-, beta- og gammastråling er alle virkelige enheder i fysikverdenen og er værd at undgå, når du kan klare det.

Du ved sikkert, at forskellige typer atomer kan slutte sig sammen via kemisk binding for at skabe molekyler. For eksempel kan to hydrogenatomer (H på det periodiske system) og et iltatom (O) kombineres til dannelse af et vandmolekyle (H₂O). Dette molekyle kan brydes ind i ionerne H + og OH– ved at bryde en af ​​O-H-bindingerne.

I kemiske bindinger interagerer elektroner med forskellige atomer, men deres kerner (flertallet af kernen) forbliver intakte. Dette skyldes, at den kraft, der holder protonerne og neutronerne sammen, er ekstremt stærk sammenlignet med de elektrostatiske kræfter, der ligger til grund for kemisk binding mellem atomer.

Ikke desto mindre nedbrydes atomkerner, normalt spontant og ofte med en utrolig lav hastighed, afhængigt af hvad elementet er. Denne radioaktivitet kommer i de tre grundlæggende varianter introduceret i første sætning i denne artikel: Alpha, beta og gammastråling, også kaldet alfa, beta og gammapartikler (undtagen teknisk set i sidste instans).

Atomet blev engang beskrevet noget kraftigt som "den mindste udelelige ting" selv af folk, der kender til det. Denne definition er sand på nogle måder: Tag ethvert enkelt element eller stof lavet af en enkelt irreducerbar komponent, og atomet er den mindste hele enhed af stoffet. Der er 118 elementer i det periodiske system fra 2020, 92 af dem forekommer naturligt.

Atomer består af en kerne, der har en eller flere protoner og, bortset fra hydrogen (det mindste element), mindst en neutron. De har også en eller flere elektroner, der findes i en vis afstand fra kernen i specifikke energiniveauer.

Protoner er positivt ladede og elektroner negativt ladede, med størrelsen af ​​ladningen den samme i hver. Da et atom i jordtilstanden har det samme antal protoner, som det har elektroner, er atomer det elektrisk neutral medmindre ioniseret (dvs. deres elektronnummer ændres).

Et atoms protonnummer er dets atomnummer på det periodiske system og bestemmer elementets identitet (navn). Nogle atomer kan vinde eller miste neutroner, mens de fortsat lykkeligt eksisterer, men hvis en kerne mister eller får en proton i stedet er det en spilskifter, for uanset hvad elementet nu har, har det et helt nyt navn og nye attributter at gå med det.

Kraften, der holder protoner og neutroner sammen, kaldes ikke for ingenting den stærke atomkraft. Atomernes kerner kan på en måde betragtes som at sidde i centrum for al materie, så deres ekstreme stabilitet giver mening i et kosmos udbredt i organisation og i stand til at opretholde livet på mindst en ydmyg planet.

Men kerner er ikke helt stabile, og over tid henfalder de og udsender partikler og energi. Hvert element, der gennemgår radioaktivt henfald, eller mere specifikt isotop af det element, der undersøges, har sin egen karakteristiske halveringstid, som kan bruges til at forudsige, hvor mange kerner der vil henfalde over tid uden at give nogen information om en enkelt kerne. Det svarer således til en risiko, i det væsentlige en sandsynlighedsstatistik.

Halveringstiden for en radioaktiv art er den tid, det tager for halvdelen af ​​de ustabile kerner i en prøve at henfalde til en anden form. Dette tal kan gå meget højt ind i milliarder af år, skønt det for kulstof-14 er omkring 5.730 år (en skub i geologisk tid, hvis ikke i menneskelige civilisationer).

De forskellige former for radioaktivt henfald får de første tre bogstaver i det græske alfabet. Dermed alfa-stråling udsender en partikel, der ofte er repræsenteret af en lille version af dette bogstav, α. Det ville imidlertid være ukonventionelt at skrive "α-stråling."

Denne form for partikel svarer til kernen i et helium (He) -atomer. Helium er det andet element i det periodiske system, og med en atommasse på 4,00 har den to protoner og to neutroner. Hele atomet har også to elektroner, der afbalancerer ladningen af ​​de to protoner, men disse er ikke en del af en alfapartikel, kun kernen.

Disse partikler er massive med hensyn til andre former for stråling; beta-partiklen er for eksempel ca. 7.000 gange mindre. Dette på overfladen kan få det til at være særligt farligt, men faktisk er det modsatte tilfældet: The størrelsen på α-partiklerne betyder, at de trænger meget ind i ting, herunder biologiske barrierer såsom hud dårligt.

Betapartikler (β-partikler) er faktisk bare elektroner, men de bevarer deres navn, fordi deres opdagelse går forud for den formelle identifikation af elektroner som sådan. Når et atom udsender en beta-partikel, udsender det også en anden subatomær partikel på samme tid kaldet en elektronantineutrino. Denne partikel deler i momentum og energien i partikelemissionen, men den har næsten ingen masse (selv sammenlignet med en elektron, selv kun omkring 9,1 × 10^–31 kg i masse).

Betapartikler, der er meget mindre end alfapartikler, kan trænge dybere ind end deres langt mere massive modstykker.

En anden type beta-partikel er positron, som opstår som et resultat af henfaldet af neutroner i kernen. Disse partikler har samme masse som elektroner, men har den modsatte ladning (deraf deres navn).

Gamma-stråler, eller γ-stråler, repræsenterer det farligste resultat af radioaktivitet for mennesker. De er masseløse, fordi de slet ikke er partikler. "Stråler" er faktisk en forkortelse for den generelle betegnelse elektromagnetisk stråling (EM-stråling), der bevæger sig med lysets hastighed (betegnet c eller 3 × 10⁸ m / s) og findes i en række kombinationer af frekvens- og bølgelængdeværdier, hvis produkter er c.

Gammastråler har meget korte bølgelængder og dermed meget høj energi. De ligner røntgenstråler, bortset fra at røntgenstråler stammer uden for kernen. De passerer typisk gennem menneskelige kroppe uden at røre ved noget, men fordi de er så gennemtrængende, kræves et blyskærm på to inches tykt for at sikre deres stop.

Alfapartikler kan sikkert ignoreres, i det omfang dette gælder for alt, der er klassificeret som stråling. De kan kun rejse omkring 10 til 17 cm i luften, og deres energi går tabt, når de rammer protonerne og neutronerne af uanset hvilket materiale de støder på og forhindrer dem i at trænge ind yderligere.

Det meste af skaden fra betapartikler kommer fra indtagelse eller indtagelse af dem. (Dette kan også være tilfældet med alfapartikler.) Drikke eller spise radioaktivt materiale er den største kilde til skade fra denne form for stråling, selvom langvarig eksponering for huden kan medføre forbrændinger.

Gammastråler kan passere gennem kroppe uden at ramme noget, men der er ingen sikkerhed for, at de rent faktisk vil gøre det, og de kan rejse omkring en kilometer i luften. Fordi de kan trænge ind i næsten alt ud over at rejse lange afstande, kan de beskadige alle kropssystemer og deres tilstedeværelse i miljøer med levende systemer skal være omhyggeligt overvåges.