Kas ir alfa, beta un gamma daļiņas?

Alfa, beta, gamma stari: Tas gandrīz izklausās pēc vecās skolas kinofilmas par ārvalstniekiem no kosmosa, kas tikko ieradušies uz Zemes ar saviem īpaši augsto tehnoloģiju sīkrīkiem (un, cerams, sirsnīgu attieksmi). Patiesībā tas nav pārāk tālu. Alfa, beta un gamma starojums ir reālas fizikas pasaules vienības, no kurām ir vērts izvairīties, kad varat to pārvaldīt.

Jūs droši vien zināt, ka dažādu veidu atomi var savienoties, izmantojot ķīmisko savienojumu procesu, lai izveidotu molekulas. Piemēram, divi ūdeņraža atomi (H elementu periodiskajā tabulā) un viens skābekļa atoms (O) var apvienoties, veidojot ūdens molekulu (H₂O). Šo molekulu var sadalīt jonos H + un OH–, pārtraucot vienu no O-H saitēm.

Ķīmiskajās saitēs dažādu atomu elektroni mijiedarbojas, bet to kodoli (kodola daudzskaitlis) paliek neskarti. Tas ir tāpēc, ka spēks, kas satur protonus un neitronus kopā, ir ārkārtīgi spēcīgs, salīdzinot ar elektrostatiskajiem spēkiem, kas ir ķīmisko savienojumu pamatā starp atomiem.

Neskatoties uz to, atomu kodoli sadalās, parasti spontāni un bieži vien ar neticami mazu ātrumu, atkarībā no tā, kāds ir elements. Šī radioaktivitāte ir trīs pamata garšas, kas ieviestas šī raksta pirmajā teikumā:

Kādreiz pat zinošie cilvēki atomu nedaudz nepastāvīgi raksturoja kā "mazāko nedalāmo lietu". Šī definīcija dažos aspektos ir taisnība: ņemiet jebkuru elementu vai vielu, kas izgatavota no viena nesamazināmā komponenta, un atoms ir mazākā visa šīs vielas vienība. No 2020. gada periodiskajā tabulā ir 118 elementi, no kuriem 92 ir dabiski sastopami.

Atomi sastāv no kodola, kurā ir viens vai vairāki protoni un, izņemot ūdeņradi (mazākais elements), vismaz viens neitrons. Viņiem ir arī viens vai vairāki elektroni, kas atrodas zināmā attālumā no kodola īpašos enerģijas līmeņos.

Protoni ir pozitīvi lādēti un elektroni negatīvi lādēti, katrā lādiņa lielums ir vienāds. Tā kā atomam pamatstāvoklī ir tāds pats protonu skaits kā elektroniem, atomi ir elektriski neitrāls ja vien tas nav jonizēts (t.i., mainās to elektronu skaits).

Atoma protonu numurs ir tā atomu skaitlis periodiskajā tabulā un nosaka elementa identitāti (nosaukumu). Daži atomi var iegūt vai zaudēt neitronus, turpinot laimīgi pastāvēt, bet, ja kodols zaudē vai iegūst protonu tā vietā tas ir spēles mainītājs, jo tagad jebkuram elementam bija pavisam jauns nosaukums un jauni atribūti to.

Spēks, kas satur protonus un neitronus kopā, ne velti tiek saukts par spēcīgo kodolspēku. Atomu kodolus savā ziņā var uzskatīt par sēžam visu matēriju centrā, tātad to galējību stabilitātei ir jēga kosmosā, kurā ir daudz organizāciju un kas spēj uzturēt dzīvību vismaz vienam pazemīgajam planētas.

Bet kodoli nav pilnīgi stabili, un laika gaitā tie sabrūk, izstarojot daļiņas un enerģiju. Katrs elements, kas pakļauts radioaktīvai sabrukšanai, vai precīzāk izotops no pētāmā elementa ir savs raksturīgais pussabrukšanas periods, ko var izmantot, lai prognozētu, cik kodolu laika gaitā sabruks, vienlaikus nepiedāvājot informāciju par vienu kodolu. Tādējādi tas ir līdzīgs riskam, galvenokārt varbūtības statistikai.

Radioaktīvo sugu pussabrukšanas periods ir laiks, kas vajadzīgs, lai puse no parauga nestabilajiem kodoliem sadalītos citā formā. Šis skaitlis var sasniegt ļoti daudzus miljardus gadu, lai gan oglekļa-14 tas ir aptuveni 5730 gadi (straujš ģeoloģiskā laika, ja ne cilvēku civilizācijās).

Dažādiem radioaktīvās sabrukšanas veidiem tiek doti pirmie trīs grieķu alfabēta burti. Tādējādi alfa starojums izstaro daļiņu, ko bieži attēlo šī burta mazais burts α. Būtu netradicionāli rakstīt "α-starojumu".

Šāda veida daļiņas ir līdzvērtīgas hēlija (He) atomu kodolam. Hēlijs ir periodiskās tabulas otrais elements, un ar 4,00 atomu masu tam ir divi protoni un divi neitroni. Visam atomam ir arī divi elektroni, kas izlīdzina divu protonu lādiņu, taču tie nav alfa daļiņas daļa, tikai kodols.

Šīs daļiņas ir masīvas attiecībā pret citiem starojuma veidiem; piemēram, beta daļiņa ir apmēram 7000 reizes mazāka. Tas uz virsmas varētu likties īpaši bīstams, bet patiesībā ir tieši otrādi: α-daļiņu lielums nozīmē, ka tās ļoti iekļūst lietās, ieskaitot bioloģiskos šķēršļus, piemēram, ādu slikti.

Beta daļiņas (β-daļiņas) faktiski ir tikai elektroni, taču viņi saglabā savu vārdu, jo to atklāšana ir pirms elektronu oficiālas identificēšanas kā tādas. Kad atoms izstaro beta daļiņu, tas vienlaikus izstaro arī citu subatomisko daļiņu, ko sauc par elektronu antineutrino. Šī daļiņa dalās ar daļiņu emisijas impulsu un enerģiju, taču tai gandrīz nav masas (pat salīdzinot ar elektronu, pats par sevi tikai aptuveni 9,1 × 10^–31 kg masā).

Beta daļiņas, kas ir daudz mazākas par alfa daļiņām, var iekļūt dziļāk nekā to daudz masīvākie kolēģi.

Cits beta daļiņu veids ir pozitronu, kas notiek neitronu sabrukšanas rezultātā kodolā. Šīm daļiņām ir tāda pati masa kā elektroniem, bet tām ir pretējs lādiņš (līdz ar to arī viņu nosaukums).

Gamma starivai γ-stari, ir visbīstamākais radioaktivitātes rezultāts cilvēkiem. Tās ir bez masas, jo tās nebūt nav daļiņas. "Stari" faktiski ir saīsinājums no vispārējā termina elektromagnētiskais starojums (EM starojums), kas pārvietojas ar gaismas ātrumu (apzīmēts ar c vai 3 × 10⁸ m / s), un tam ir dažādas frekvences un viļņa garuma vērtību kombinācijas, kuru reizinājumi ir c.

Gamma stariem ir ļoti īss viļņu garums un līdz ar to arī ļoti liela enerģija. Tie ir līdzīgi rentgena stariem, izņemot to, ka rentgenstari rodas ārpus kodola. Viņi parasti iziet cauri cilvēka ķermenim, neko nepieskaroties, bet, tā kā tie ir tik iekļūstoši, ir nepieciešams divu collu biezs svina aizsargs, lai nodrošinātu to apstāšanos.

Alfa daļiņas var droši ignorēt, ciktāl tas attiecas uz jebko, kas klasificēts kā radiācija. Viņi var ceļot tikai apmēram 4 līdz 7 collas (10 līdz 17 cm) gaisā, un viņu enerģija tiek zaudēta, streikot jebkura materiāla protoni un neitroni, ar kuriem tie sastopas, neļaujot tiem iekļūt tālāk.

Lielāko daļu beta daļiņu nodarītā kaitējuma rada to uzņemšana vai norīšana. (Tas var attiekties arī uz alfa daļiņām.) Radioaktīvo materiālu dzeršana vai ēšana ir galvenais šāda veida starojuma bojājumu avots, lai gan ilgstoša iedarbība uz ādu var izraisīt apdegumus.

Gamma stari var iziet cauri ķermeņiem, neko nepārsteidza, taču nav pārliecības, ka viņi to tiešām darīs, un viņi var ceļot apmēram jūdzi gaisā. Tā kā viņi var iekļūt praktiski jebko papildus līdztekus lieliem attālumiem, viņi to var Bojāt visas ķermeņa sistēmas, un to klātbūtne vidē ar dzīvām sistēmām ir rūpīgi jāievēro jāuzrauga.