Kas yra alfa, beta ir gama dalelės?

Alfa, beta, gama spinduliai: Tai beveik skamba kaip senosios mokyklos kino filmo apie ateivius iš kosmoso, ką tik atvykusių į Žemę su savo aukštųjų technologijų įtaisais (ir, tikiuosi, šiltas nusiteikimas), antraštė. Iš tikrųjų tai nėra per toli. Alfa, beta ir gama spinduliuotė yra tikros fizikos pasaulio esybės, kurių verta vengti, kai ją galite valdyti.

Jūs tikriausiai žinote, kad skirtingų tipų atomai gali susijungti cheminio sujungimo proceso metu, kad sukurtų molekules. Pavyzdžiui, du vandenilio atomai (H periodinėje elementų lentelėje) ir vienas deguonies atomas (O) gali sujungti ir sudaryti vandens molekulę (H₂O). Šią molekulę galima suskaidyti į jonus H + ir OH– nutraukus vieną iš O-H ryšių.

Cheminiuose ryšiuose sąveikauja skirtingų atomų elektronai, tačiau jų branduoliai (branduolio daugiskaitos) lieka nepakitę. Taip yra todėl, kad jėga, sulaikanti protonus ir neutronus, yra labai stipri, palyginti su elektrostatinėmis jėgomis, lemiančiomis cheminį ryšį tarp atomų.

Nepaisant to, atominiai branduoliai paprastai skyla savaime ir dažnai neįtikėtinai mažu greičiu, priklausomai nuo to, kas yra elementas. Šis radioaktyvumas yra trijų pagrindinių skonių, pateiktų pirmame šio straipsnio sakinyje:

Kažkada net žinantys žmonės šiek tiek veržliai apibūdino atomą kaip „mažiausią nedalomą dalyką“. Šis apibrėžimas tam tikrais būdais yra teisingas: paimkite bet kurį elementą arba medžiagą, pagamintą iš vieno neskaidomo komponento, o atomas yra mažiausias visas tos medžiagos vienetas. Nuo 2020 m. Periodinėje lentelėje yra 118 elementų, iš jų 92 yra natūraliai atsirandantys.

Atomus sudaro branduolys, turintis vieną ar daugiau protonų ir, išskyrus vandenilį (mažiausias elementas), bent vieną neutroną. Jie taip pat turi vieną ar kelis elektronus, esančius tam tikru atstumu nuo branduolio tam tikruose energijos lygiuose.

Protonai yra teigiamai įkrauti, o elektronai - neigiamai, o krūvio dydis kiekviename yra vienodas. Kadangi pagrindinės būsenos atomas turi tą patį protonų skaičių, kaip ir elektronai, atomai yra elektra neutralus nebent jonizuotas (t. y. kinta jų elektronų skaičius).

Atomo protonų skaičius yra jo atomų skaičius periodinėje lentelėje ir nustato elemento tapatybę (pavadinimą). Kai kurie atomai gali laimėti ar prarasti neutronus, toliau gyvendami laimingai, bet jei branduolys praranda arba įgyja protoną Vietoj to, tai yra žaidimų keitiklis, nes dabar, kad ir koks būtų elementas, turi visiškai naują pavadinimą ir naujus atributus tai.

Jėga, kuri kartu laiko protonus ir neutronus, ne veltui vadinama stipria branduoline jėga. Tam tikra prasme atomų branduolius galima laikyti sėdinčiais visų materijų centre, taigi jų kraštutinumu stabilumas yra prasmingas organizme gausiame kosmose, galinčiame išlaikyti bent vieno kuklaus žmogaus gyvenimą planeta.

Tačiau branduoliai nėra visiškai stabilūs ir laikui bėgant jie suyra, išskirdami daleles ir energiją. Kiekvienas elementas, kuris patiria radioaktyvų skilimą, arba tiksliau izotopas tiriamo elemento, turi savo būdingą pusinės eliminacijos periodą, kurį galima naudoti numatant, kiek branduolių per laiką suirs, nepateikiant jokios informacijos apie vieną branduolį. Taigi jis panašus į riziką, iš esmės tikimybių statistiką.

Radioaktyviųjų rūšių pusinės eliminacijos laikas yra laikas, per kurį pusė nestabilių mėginio branduolių suyra į kitą formą. Šis skaičius gali siekti milijardus metų, nors anglies-14 jis yra apie 5730 metų (geologinio laiko blyksnis, jei ne žmonių civilizacijose).

Įvairiems radioaktyviojo skilimo būdams suteikiamos pirmosios trys graikų abėcėlės raidės. Taigi alfa spinduliuotė skleidžia dalelę, kurią dažnai vaizduoja mažoji šios raidės versija α. Vis dėlto būtų netradiciškai rašyti „α-spinduliuotę“.

Ši dalelė prilygsta helio (He) atomų branduoliui. Helis yra antrasis periodinės lentelės elementas, kurio atominė masė yra 4,00, jis turi du protonus ir du neutronus. Visas atomas taip pat turi du elektronus, kurie subalansuoja dviejų protonų krūvį, tačiau tai nėra alfa dalelės dalis, tik branduolys.

Šios dalelės yra masinės kitų rūšių radiacijos atžvilgiu; Pavyzdžiui, beta dalelė yra maždaug 7000 kartų mažesnė. Tai gali atrodyti ypač pavojinga, tačiau iš tikrųjų yra priešingai: α dalelių dydis reiškia, kad jos labai prasiskverbia į dalykus, įskaitant biologines kliūtis, tokias kaip oda prastai.

Beta dalelės (β dalelės) iš tikrųjų yra tik elektronai, tačiau jie išlaiko savo vardą, nes jų atradimas įvyko anksčiau nei oficialus elektronų identifikavimas. Kai atomas skleidžia beta dalelę, jis tuo pačiu metu išskiria ir kitą subatominę dalelę, vadinamą elektronu antineutrino. Ši dalelė dalijasi dalelių impulsų pagreičiu ir energija, tačiau ji neturi beveik jokios masės (net palyginti su elektronu, pati apie 9,1 × 10^–31 kg masės).

Beta dalelės, kurios yra daug mažesnės nei alfa dalelės, gali prasiskverbti giliau, nei jų žymiai masyvesni analogai.

Kita beta dalelių rūšis yra pozitronas, kuris atsiranda dėl branduolyje esančių neutronų irimo. Šių dalelių masė yra tokia pati kaip elektronų, tačiau jos turi priešingą krūvį (todėl jų pavadinimas).

Gama spinduliaiarba γ spinduliai, yra pavojingiausias radioaktyvumo žmonėms rezultatas. Jie be masės, nes visai nėra dalelės. „Spinduliai“ iš tikrųjų yra trumpas elektromagnetinės spinduliuotės (EM spinduliuotės), sklindančios šviesos greičiu (žymimas c arba 3 × 10, terminu).⁸ m / s) ir pateikiami įvairūs dažnio ir bangos ilgio verčių deriniai, kurių sandauga yra c.

Gama spinduliai turi labai trumpus bangos ilgius, taigi ir labai didelę energiją. Jie yra panašūs į rentgeno spindulius, išskyrus tai, kad rentgeno spinduliai yra už branduolio ribų. Paprastai jie praeina per žmogaus kūną nieko neliesdami, tačiau kadangi jie taip skverbiasi, reikia dviejų colių storio švino skydo, kuris užtikrintų jų sustojimą.

Alfa dalelių galima saugiai nepaisyti, jei tai pasakytina apie viską, kas klasifikuojama kaip radiacija. Jie gali keliauti ore tik apie 4–7 colius (10–17 cm), o smūgio metu jų energija prarandama bet kurios medžiagos, su kuria susiduria, protonai ir neutronai, neleidžiantys jiems prasiskverbti toliau.

Didžioji dalis beta dalelių daromos žalos atsiranda jas prarijus ar praryjant. (Tai gali būti pasakytina ir apie alfa daleles.) Radioaktyviųjų medžiagų gėrimas ar valgymas yra pagrindinis tokios spinduliuotės žalos šaltinis, nors ilgalaikis odos poveikis gali sukelti nudegimus.

Gama spinduliai gali praeiti per kūnus nieko nepataikydami, tačiau nėra užtikrinimo, kad jie iš tikrųjų tai padarys, ir jie gali nuvažiuoti maždaug mylią ore. Kadangi be didelių atstumų jie gali prasiskverbti praktiškai į viską, jie gali tai padaryti pakenkti visoms kūno sistemoms ir jų buvimas aplinkoje, kurioje yra gyvos sistemos, turi būti atsargūs stebima.