Mis on alfa-, beeta- ja gammaosakesed?

Alfa-, beeta-, gammakiired: See kõlab peaaegu nagu vanakooli filmipilt, mis räägib välismaalastest kosmosest, äsja Maale saabunud oma ülikõrgtehnoloogiliste vidinatega (ja loodetavasti ka sooja meelega). Tegelikult pole see liiga kaugel. Alfa-, beeta- ja gammakiirgus on füüsikas kõik reaalsed üksused ja seda tasub vältida, kui saate seda hallata.

Tõenäoliselt teate, et mitmesugused aatomid võivad molekulide loomiseks keemilise sidumise käigus omavahel liituda. Näiteks võivad kaks vesiniku aatomit (H elementide perioodilisel tabelil) ja üks hapniku aatom (O) ühendada, moodustades veemolekuli (H₂O). Selle molekuli saab lõhustada ioonideks H + ja OH–, purustades ühe O-H sideme.

Keemilistes sidemetes toimivad erinevate aatomite elektronide vastastikune mõju, kuid nende tuumad (tuuma mitmus) jäävad puutumatuks. Seda seetõttu, et prootoneid ja neutroneid koos hoidev jõud on võrreldes aatomite keemilise sideme aluseks olevate elektrostaatiliste jõududega äärmiselt tugev.

Sellest hoolimata lagunevad aatomituumad, tavaliselt spontaanselt ja sageli uskumatult madala kiirusega, sõltuvalt sellest, mis element on. See radioaktiivsus on saadaval kolmes põhimaitses, mis tutvustati selle artikli esimeses lauses:

Kunagi kirjeldasid aatomit isegi teadlikud inimesed mõnevõrra hoogsalt kui "kõige väiksemat jagamatut asja". See määratlus on mõnes mõttes õige: võtke ükskõik milline element või ainus, mis on valmistatud ühest taandamatust komponendist, ja aatom on selle aine väikseim tervikühik. Perioodilisustabelis on alates 2020. aastast 118 elementi, neist 92 looduslikult esinevad.

Aatomid koosnevad tuumast, millel on üks või mitu prootonit, ja välja arvatud vesinik (kõige väiksem element), vähemalt üks neutron. Neil on ka üks või mitu elektroni, mis paiknevad tuumast mingil kaugusel konkreetsetes energiatasemetes.

Prootonid on positiivselt laetud ja elektronid negatiivselt laetud, kusjuures laengu suurus on mõlemas sama. Kuna põhiolekus oleval aatomil on sama palju prootoneid kui elektronidel, on aatomitel elektriliselt neutraalne kui see pole ioniseeritud (s.t. nende elektronide arv ei muutu).

Aatomi prootonumber on selle aatomnumber perioodilisustabelis ja see määrab elemendi identiteedi (nime). Mõned aatomid võivad neutronit omandada või kaotada, jätkates samas õnnelikku eksisteerimist, kuid kui tuum kaotab või saab prootoni selle asemel on see mängude vahetaja, sest nüüd on ükskõik, mis element oli, täiesti uus nimi ja uued atribuudid seda.

Jõudu, mis prootoneid ja neutroneid koos hoiab, nimetatakse mitte asjata tugevaks tuumajõuks. Aatomite tuuma võib teatud mõttes pidada istuvaks kogu aine keskmes, seega nende äärmuseks stabiilsus on mõttekas kosmoses, kus on palju organisatsiooni ja kes suudab säilitada elu vähemalt ühel tagasihoidlikul planeedil.

Kuid tuumad ei ole täiesti stabiilsed ja aja jooksul nad lagunevad, eraldades osakesi ja energiat. Iga element, mis läbib radioaktiivse lagunemise, või täpsemalt isotoop uuritaval elemendil on oma iseloomulik poolväärtusaeg, mille abil saab ennustada, mitu tuuma aja jooksul laguneb, pakkumata samal ajal teavet ühe tuuma kohta. Seega sarnaneb see riskiga, sisuliselt tõenäosusstatistikaga.

Radioaktiivse liigi poolväärtusaeg on aeg, mis kulub poolel proovi ebastabiilsetest tuumadest lagunemiseks erinevasse vormi. See arv võib minna väga suureks, ulatudes miljarditesse aastatesse, kuigi süsinik-14 puhul on see umbes 5730 aastat (geoloogilises ajas, kui mitte inimtsivilisatsioonides).

Erinevat tüüpi radioaktiivsele lagunemisele antakse kreeka tähestiku kolm esimest tähte. Seega alfakiirgus kiirgab osakest, mida sageli tähistab selle tähe väiketäht α. Oleks ebatraditsiooniline kirjutada "α-kiirgus".

Selline osake on võrdne heeliumi (He) aatomite tuumaga. Heelium on perioodilisustabeli teine ​​element ja aatomimassiga 4,00 on sellel kaks prootonit ja kaks neutronit. Kogu aatomil on ka kaks elektroni, mis tasakaalustavad kahe prootoni laengut, kuid need ei ole alfaosakese osa, vaid ainult tuum.

Need osakesed on muud liiki kiirguse suhtes massilised; näiteks beetaosake on umbes 7000 korda väiksem. See võib pealtnäha tunduda eriti ohtlikuna, kuid tegelikult on vastupidi: α-osakeste suurus tähendab, et nad tungivad asjadesse, sealhulgas bioloogilistesse barjääridesse nagu nahk halvasti.

Beetaosakesed (β-osakesed) on tegelikult lihtsalt elektronid, kuid nad säilitavad oma nime, kuna nende avastamine eelneb elektronide kui sellise ametlikuks tuvastamiseks. Kui aatom kiirgab beetaosakest, emiteerib see samal ajal ka teist subatomaarset osakest, mida nimetatakse elektron-antineutriinoks. See osake jagab osakeste kiirust ja energiat, kuid sellel pole peaaegu mingit massi (isegi võrreldes elektroniga on see ise ainult umbes 9,1 × 10^–31 kg massis).

Beetaosakesed, olles palju väiksemad kui alfaosakesed, võivad tungida sügavamale kui nende palju massilisemad analoogid.

Teine beetaosakeste tüüp on positron, mis toimub tuumas neutronite lagunemise tagajärjel. Nendel osakestel on sama mass kui elektronidel, kuid neil on vastupidine laeng (sellest ka nende nimi).

Gammakiiredvõi y-kiired, on inimese jaoks kõige ohtlikum radioaktiivsuse tulemus. Nad on massideta, kuna pole üldse osakesed. "Kiired" on tegelikult lühike üldmõiste elektromagnetiline kiirgus (EM-kiirgus), mis liigub valguskiirusel (tähistatud c või 3 × 10⁸ m / s) ning on saadaval mitmesugustes sageduse ja lainepikkuse väärtuste kombinatsioonides, mille korrutised on c.

Gammakiirustel on väga lühikesed lainepikkused ja seega väga kõrge energia. Need on sarnased röntgenikiirtega, välja arvatud see, et röntgenikiirgus pärineb tuumast väljapoole. Tavaliselt läbivad nad inimkehi ilma midagi puutumata, kuid kuna need on nii tungivad, on nende seiskamise tagamiseks vaja kahe tolli paksust pliikilpi.

Alfaosakesi võib ohutult eirata, kuivõrd see kehtib kõigi kiirguseks liigitatavate asjade kohta. Nad saavad õhus liikuda ainult umbes 4–7 tolli (10–17 cm) ja nende energia kaotab löömisel mis tahes materjali prootonid ja neutronid, millega nad kokku puutuvad, takistades nende tungimist edasi.

Suurem osa beetaosakeste kahjustustest tuleneb nende neelamisest või neelamisest. (See kehtib ka alfaosakeste kohta.) Radioaktiivse materjali joomine või söömine on sellise kiirguse peamine kahjustuse allikas, kuigi pikaajaline kokkupuude nahaga võib põhjustada põletushaavu.

Gammakiired võivad kehasid läbida ilma midagi löömata, kuid pole kindlust, et nad seda tegelikult teevad ja nad võivad õhus liikuda umbes miili. Kuna nad suudavad lisaks pikkade vahemaade läbimisele praktiliselt läbi tungida, saavad nad ka läbi kahjustada kõiki kehasüsteeme ning nende olemasolu elussüsteemidega keskkondades tuleb hoolikalt jälgida jälgitakse.