אלפא, בטא, קרני גמא: זה נשמע כמעט כמו תווית של סרט קולנוע ישן אודות חייזרים מהחלל החיצון, שהגיעו לאחרונה לכדור הארץ עם הגאדג'טים האולטרה-טקיים שלהם (ובתקווה מצב רוח חם). במציאות, זה לא רחוק מדי. קרינת אלפא, בטא וגמא הם כל הישויות האמיתיות בעולם הפיזיקה וכדאי להימנע מהם כאשר אתה יכול לנהל אותה.
אתה בטח יודע שסוגים שונים של אטומים יכולים להצטרף באמצעות תהליך של כימיה כימית ליצירת מולקולות. לדוגמא, שני אטומי מימן (H בטבלה המחזורית של היסודות) ואטום חמצן אחד (O) יכולים להצטרף ליצירת מולקולת מים (H2O). ניתן לשבור את המולקולה הזו ליונים H + ו- OH - על ידי שבירת אחד מקשרי ה- O-H.
בקשרים כימיים, אלקטרונים של אטומים שונים מתקשרים, אך הגרעינים שלהם (ריבוי הגרעין) נותרים שלמים. הסיבה לכך היא שכוח המחזיק את הפרוטונים והנייטרונים יחד חזק ביותר בהשוואה לכוחות האלקטרוסטטיים העומדים בבסיס הקשר הכימי בין אטומים.
עם זאת, גרעינים אטומיים מתפוררים, בדרך כלל באופן ספונטני ולעתים קרובות בקצב נמוך להפליא, תלוי מה היסוד. רדיואקטיביות זו מגיעה בשלושת הטעמים הבסיסיים שהוצגו במשפט הראשון במאמר זה: אלפא בטא ו קרינת גמא, המכונה גם אלפא בטא ו חלקיקי גמא (למעט, טכנית, במקרה האחרון).
אטומים והגרעין האטומי
את האטום תיארו פעם באופן נמרץ במקצת כ"דבר הקטן ביותר לחלוקה "אפילו על ידי אנשים הידועים לו. הגדרה זו נכונה במובנים מסוימים: קח כל יסוד יחיד, או חומר העשוי מרכיב בלתי הפיך יחיד, והאטום הוא היחידה הקטנה ביותר של אותו חומר. ישנם 118 אלמנטים בטבלה המחזורית החל משנת 2020, 92 מהם מתרחשים באופן טבעי.
אטומים מורכבים מגרעין, שיש לו פרוטונים אחד או יותר, ולמעט מימן (היסוד הקטן ביותר), לפחות נויטרון אחד. יש להם גם אלקטרונים אחד או יותר, שנמצאים במרחק כלשהו מהגרעין ברמות אנרגיה ספציפיות.
פרוטונים טעונים באופן חיובי ואלקטרונים טעונים שלילית, כאשר גודל המטען זהה בכל אחד מהם. מכיוון שבאטום במצב הקרקע יש מספר זהה של פרוטונים כמו לאלקטרונים, כך יש אטומים ניטרלי חשמלי אלא אם כן מיונן (כלומר, מספר האלקטרונים שלהם משתנה).
מספר הפרוטון של אטום הוא מספר האטום שלו בטבלה המחזורית וקובע את זהות (שם) היסוד. ישנם אטומים שיכולים לצבור או לאבד נויטרונים תוך שהם ממשיכים להתקיים בשמחה, אך אם גרעין מאבד או צובר פרוטון במקום זאת, זה מחליף משחקים, כי עכשיו לא משנה מה האלמנט היה שם חדש ותכונות חדשות זה.
מהי קרינה בפיזיקה גרעינית?
הכוח המחזיק יחד פרוטונים ונויטרונים נקרא, לא בכדי, הכוח הגרעיני החזק. ניתן לראות את גרעיני האטומים, במובן מסוים, של ישיבה במרכז כל החומר, כך שהם קיצוניים יציבות הגיונית בקוסמוס השופע בארגון ומסוגל לקיים חיים על צנוע אחד לפחות כוכב לכת.
אך גרעינים אינם יציבים לחלוטין, ועם הזמן הם מתכלים, פולטים חלקיקים ואנרגיה. כל אלמנט שעובר ריקבון רדיואקטיבי, או ליתר דיוק את אִיזוֹטוֹפּ של היסוד הנחקר, יש לו מחצית חיים אופיינית משלו, שניתן להשתמש בהם כדי לחזות כמה גרעינים יתפרקו לאורך זמן, תוך שהם אינם מציעים מידע על גרעין אחד. זה דומה לפיכך לסיכון, למעשה נתון הסתברות.
זמן מחצית החיים של מין רדיואקטיבי הוא הזמן שלוקח למחצית מהגרעינים הלא יציבים במדגם להתפורר לצורה אחרת. המספר הזה יכול להגיע גבוה מאוד, למיליארדי שנים, אם כי עבור פחמן 14 זה בערך 5,730 שנים (מהפך בזמן הגיאולוגי, אם לא בתרבויות אנושיות).
חלקיקי אלפא
הסוגים השונים של ריקבון רדיואקטיבי מקבלים את שלוש האותיות הראשונות של האלף-בית היווני. לכן קרינת אלפא פולט חלקיק המיוצג לעתים קרובות על ידי גרסה קטנה של אות זו, α. עם זאת, זה לא שגרתי לכתוב "קרינת α".
סוג זה של חלקיק שווה לגרעין אטומי הליום (He). הליום הוא היסוד השני בטבלה המחזורית, ובעל מסה אטומית של 4.00, יש לו שני פרוטונים ושני נויטרונים. באטום כולו יש גם שני אלקטרונים המאזנים את המטען של שני הפרוטונים, אך אלה אינם חלק מחלקיק אלפא, אלא רק הגרעין.
חלקיקים אלה הם מסיביים ביחס לסוגים אחרים של קרינה; חלקיק הבטא, למשל, קטן פי 7,000. זה על פני השטח עשוי לגרום לזה להיראות מסוכן במיוחד, אך למעשה ההפך הוא הנכון: גודל החלקיקים α אומר שהם חודרים לדברים, כולל מחסומים ביולוגיים כמו עור, מאוד גרוע.
חלקיקי בטא
חלקיקי בטא (חלקיקי βהם למעשה רק אלקטרונים, אך הם שומרים על שמם מכיוון שהתגלית שלהם קודמת לזיהוי הפורמלי של אלקטרונים ככאלה. כאשר אטום פולט חלקיק בטא, הוא גם פולט חלקיק תת-אטומי אחר בו זמנית הנקרא אנטי-נוטרינו אלקטרוני. חלקיק זה משתף במומנטום ובאנרגיה של פליטת החלקיקים, אך אין לו כמעט מסה (אפילו בהשוואה לאלקטרון, עצמו רק כ- 9.1 × 10–31 ק"ג במסה).
חלקיקי בטא, שהם הרבה יותר קטנים מחלקיקי אלפא, יכולים לחדור עמוק יותר מאשר עמיתיהם הרבה יותר מסיביים.
סוג אחר של חלקיק בטא הוא פוזיטרון, המתרחש כתוצאה מריקבון הנויטרונים בגרעין. לחלקיקים אלה מסה זהה לאלקטרונים, אך יש להם מטען הפוך (ומכאן שמם).
קרני גמא
קרני גמא, או קרני γ, מייצגים את התוצאה המסוכנת ביותר של רדיואקטיביות לבני אדם. הם חסרי המונים מכיוון שהם כלל לא חלקיקים. "קרניים" הוא למעשה קיצור של המונח הכללי קרינה אלקטרומגנטית (קרינת EM), הנע במהירות האור (מסומן c, או 3 × 108 m / s) ומגיע במגוון שילובים של ערכי תדרים ואורכי גל שמוצריהם הם c.
לקרני הגמא אורכי גל קצרים מאוד ומכאן אנרגיה גבוהה מאוד. הם דומים לצילומי רנטגן, אלא שמקורם של צילומי רנטגן מחוץ לגרעין. בדרך כלל הם עוברים בגופי אנוש מבלי לגעת בשום דבר, אך מכיוון שהם כה חודרים, נדרש מגן עופרת בעובי שני סנטימטרים כדי להבטיח את עצירתם.
הסכנות הפיזיות בקרינה מייננת
ניתן להתעלם מחלקיקי אלפא בבטחה, במידה וזה נכון לגבי כל דבר המסווג כקרינה. הם יכולים לנסוע רק בערך 4 עד 7 אינץ '(10 עד 17 ס"מ) באוויר, והאנרגיה שלהם הולכת לאיבוד בעת פגיעה הפרוטונים והנייטרונים מכל חומר שהם נתקלים בו ומונעים מהם לחדור נוסף.
עיקר הנזק מחלקיקי בטא נובע מבליעה או בליעה של אותם. (זה יכול להיות נכון גם לגבי חלקיקי אלפא.) שתייה או אכילה של חומר רדיואקטיבי הם מקור הנזק העיקרי מהקרינה מסוג זה, אם כי חשיפה ממושכת לעור עלולה לגרום לכוויות.
קרני גמא יכולות לעבור דרך גופים מבלי להכות דבר, אך אין שום ביטחון שהם אכן יעשו זאת, והן יכולות לנסוע כקילומטר באוויר. מכיוון שהם יכולים לחדור כמעט לכל דבר בנוסף לנסיעה למרחקים ארוכים, הם יכולים לפגוע בכל מערכות הגוף ונוכחותן בסביבות עם מערכות חיים חייבת להיות בזהירות במעקב.
