Mitä ovat alfa-, beeta- ja gammahiukkaset?

Alfa-, beeta-, gammasäteet: Se melkein kuulostaa vanhan koulun elokuvan otsikosta avaruudesta tulevista ulkomaalaisista, jotka saapuivat äskettäin maapallolle ultrakorkean tekniikan laitteillaan (ja toivottavasti lämpimällä tavalla). Todellisuudessa tämä ei ole liian kaukana. Alfa-, beeta- ja gammasäteily ovat kaikki todellisia kokonaisuuksia fysiikan maailmassa, ja niitä kannattaa välttää, kun pystyt hallitsemaan sitä.

Luultavasti tiedät, että erityyppiset atomit voivat liittyä yhteen kemiallisen sitoutumisprosessin kautta molekyylien luomiseksi. Esimerkiksi kaksi vetyatomia (H alkuaineiden jaksollisessa taulukossa) ja yksi happiatomi (O) voivat muodostaa vesimolekyylin (H₂O). Tämä molekyyli voidaan hajottaa ioneiksi H + ja OH– rikkomalla yksi O-H-sidoksista.

Kemiallisissa sidoksissa eri atomien elektronit ovat vuorovaikutuksessa, mutta niiden ytimet (ytimen monikko) pysyvät ehjinä. Tämä johtuu siitä, että voimat, jotka pitävät protoneja ja neutroneja yhdessä, on erittäin voimakas verrattuna atomien välisen kemiallisen sidoksen taustalla oleviin sähköstaattisiin voimiin.

Siitä huolimatta atomiytimet hajoavat, yleensä spontaanisti ja usein uskomattoman pienellä nopeudella, riippuen elementistä. Tämä radioaktiivisuus tulee tämän artikkelin ensimmäisessä virkkeessä esitetyistä kolmesta perusmausta: Alfa, beeta ja gammasäteily, kutsutaan myös alfa, beeta ja gammahiukkasia (paitsi teknisesti viimeisessä tapauksessa).

Aatomi kuvattiin aikoinaan jonkin verran kiihkeästi "pienimmäksi jakamattomaksi" jopa tuntemattomien ihmisten keskuudessa. Tämä määritelmä on totta jollain tavalla: Ota mikä tahansa yksittäinen alkio tai aine, joka on tehty yhdestä pelkistämättömästä komponentista, ja atomi on kyseisen aineen pienin kokonaisyksikkö. Jaksollisessa taulukossa on 118 elementtiä vuodesta 2020, joista 92 on luonnossa esiintyviä.

Atomit koostuvat ytimestä, jossa on yksi tai useampia protoneja, ja vetyä (pienin alkuaine) lukuun ottamatta, ainakin yksi neutroni. Heillä on myös yksi tai useampia elektroneja, jotka löytyvät tietyllä etäisyydellä ytimestä tietyillä energiatasoilla.

Protonit ovat positiivisesti varautuneita ja elektronit negatiivisesti varautuneita, varauksen suuruuden ollessa sama kummassakin. Koska perustilassa olevalla atomilla on sama määrä protoneja kuin elektronilla, atomit ovat sähköisesti neutraali ellei ionisoitu (ts. niiden elektroniluku muuttuu).

Atomin protoninumero on sen atomiluku jaksollisessa taulukossa ja se määrittää elementin identiteetin (nimen). Jotkut atomit voivat saada tai menettää neutroneja samalla, kun ne ovat edelleen onnellisina, mutta jos ydin menettää tai saa protonin Sen sijaan se on pelinvaihtaja, koska nyt kaikilla elementeillä on aivan uusi nimi ja uudet attribuutit se.

Protoneja ja neutroneja yhdessä pitävää voimaa kutsutaan - ei turhaan - voimakkaaksi ydinvoimaksi. Atomien ytimiä voidaan tietyssä mielessä pitää istumana kaiken aineen keskellä, joten niiden ääripää vakaudella on järkeä organisaatiossa vallitsevassa kosmoksessa, joka pystyy ylläpitämään elämää ainakin yhden nöyrän kanssa planeetalla.

Mutta ytimet eivät ole täysin vakaita, ja ajan myötä ne hajoavat, päästämällä hiukkasia ja energiaa. Jokainen elementti, joka läpäisee radioaktiivisen hajoamisen, tai tarkemmin sanottuna isotooppi Tutkittavalla elementillä on oma puoliintumisaika, jota voidaan käyttää ennustamaan, kuinka monta ydintä hajoaa ajan mittaan tarjoamatta mitään tietoa yhdestä ytimestä. Se on siis samanlainen kuin riski, lähinnä todennäköisyystilasto.

Radioaktiivisen lajin puoliintumisaika on aika, jonka puolet näytteen epästabiileista ytimistä hajoaa toiseen muotoon. Tämä määrä voi nousta erittäin korkeaksi miljardeihin vuosiin, vaikka hiili-14: n osalta se on noin 5730 vuotta (geologisen ajan blippi, ellei ihmissivilisaatioissa).

Erilaisille radioaktiivisille hajoamisille annetaan kreikan aakkosten kolme ensimmäistä kirjainta. Täten alfa-säteily lähettää hiukkasen, jota usein edustaa tämän kirjaimen pieni kirjain α. Olisi kuitenkin epätavallista kirjoittaa "α-säteily".

Tällainen hiukkanen on yhtä suuri kuin helium (He) -atomien ydin. Helium on jaksollisen järjestelmän toinen elementti, ja sen atomimassa on 4,00, sillä on kaksi protonia ja kaksi neutronia. Koko atomissa on myös kaksi elektronia, jotka tasapainottavat kahden protonin varauksen, mutta nämä eivät ole osa alfa-hiukkasia, vain ydin.

Nämä hiukkaset ovat massiivisia muun tyyppisen säteilyn suhteen; esimerkiksi beeta-hiukkanen on noin 7000 kertaa pienempi. Tämä voi pinnalta näyttää siltä, ​​että se on erityisen vaarallinen, mutta itse asiassa päinvastoin: α-hiukkasten koko tarkoittaa, että ne tunkeutuvat asioihin, mukaan lukien biologiset esteet, kuten iho huonosti.

Beeta-hiukkasia (β-hiukkasia) ovat itse asiassa vain elektroneja, mutta ne säilyttävät nimensä, koska niiden löytäminen edeltää elektronien muodollista tunnistamista sellaisenaan. Kun atomi lähettää beeta-hiukkasia, se lähettää samalla myös toisen subatomisen hiukkasen, jota kutsutaan elektroniantineutriinoksi. Tämä hiukkanen jakaa hiukkaspäästöjen vauhdin ja energian, mutta sillä ei ole melkein mitään massaa (edes elektroniin verrattuna, vain noin 9,1 × 10^–31 kg massaa).

Beeta-hiukkaset, jotka ovat paljon pienempiä kuin alfa-hiukkaset, voivat tunkeutua syvemmälle kuin niiden paljon massiivisemmat vastineet.

Toinen beetahiukkastyyppi on positroni, joka tapahtuu neutronien hajoamisen seurauksena ytimessä. Näillä hiukkasilla on sama massa kuin elektronilla, mutta niillä on päinvastainen varaus (tästä johtuen niiden nimi).

Gammasäteettai y-säteet, ovat vaarallisimpia radioaktiivisuuden tuloksia ihmisille. Ne ovat massattomia, koska ne eivät ole ollenkaan hiukkasia. "Säteet" on tosiasiallisesti lyhyt termi sähkömagneettinen säteily (EM-säteily), joka kulkee valon nopeudella (merkitty c tai 3 × 10⁸ m / s) ja se tulee eri taajuus- ja aallonpituusarvojen yhdistelminä, joiden tuotteet ovat c.

Gammasäteillä on hyvin lyhyet aallonpituudet ja siten erittäin korkea energia. Ne ovat samanlaisia ​​kuin röntgensäteet, paitsi että röntgensäteet ovat peräisin ytimen ulkopuolelta. Ne kulkevat tyypillisesti ihmiskehon läpi koskematta mihinkään, mutta koska ne ovat niin tunkeutuvia, tarvitaan kahden tuuman paksuinen lyijysuoja niiden pysähtymisen varmistamiseksi.

Alfa-hiukkaset voidaan ohittaa turvallisesti siltä osin kuin tämä pätee mihin tahansa säteilyyn luokiteltuun. He voivat matkustaa vain noin 4–7 tuumaa (10–17 cm) ilmassa, ja heidän energiansa menetetään lyödessään minkä tahansa kohtaamansa materiaalin protonit ja neutronit estävät niitä tunkeutumasta edelleen.

Suurin osa beetahiukkasten vaurioista johtuu niiden nauttimisesta tai nielemisestä. (Tämä voi koskea myös alfahiukkasia.) Radioaktiivisen materiaalin juominen tai syöminen on pääasiallinen tällaisen säteilyn aiheuttama vaurio, vaikka pitkäaikainen altistuminen iholle voi aiheuttaa palovammoja.

Gammasäteet voivat kulkeutua kehojen läpi iskemättä mitään, mutta ei ole varmuutta siitä, että he todella tekevät niin, ja he voivat matkustaa noin mailin ilmassa. Koska he voivat tunkeutua käytännössä mihin tahansa matkan lisäksi, he voivat vaurioittaa kaikkia kehojärjestelmiä ja niiden läsnäoloa ympäristöissä, joissa on eläviä järjestelmiä, on noudatettava huolellisesti seurataan.