Ce sunt particulele alfa, beta și gamma?

Razele alfa, beta, gamma: Aproape sună ca sloganul unui film vechi despre școala străină din spațiul cosmic, nou-sosiți pe Pământ cu gadgeturile lor de înaltă tehnologie (și, sperăm, o dispoziție caldă). În realitate, acest lucru nu este prea departe. Radiațiile alfa, beta și gamma sunt toate entități reale din lumea fizicii și merită evitate atunci când o puteți gestiona.

Probabil știți că diferite tipuri de atomi se pot uni prin procesul de legare chimică pentru a crea molecule. De exemplu, doi atomi de hidrogen (H pe tabelul periodic al elementelor) și un atom de oxigen (O) se pot combina pentru a forma o moleculă de apă (H₂O). Această moleculă poate fi spartă în ionii H + și OH– prin ruperea uneia dintre legăturile O-H.

În legăturile chimice, electronii cu atomi diferiți interacționează, dar nucleii lor (pluralul nucleului) rămân intacti. Acest lucru se datorează faptului că forța care ține împreună protonii și neutronii este extrem de puternică în comparație cu forțele electrostatice care stau la baza legăturii chimice dintre atomi.

Cu toate acestea, nucleele atomice se descompun, de obicei spontan și adesea la o rată incredibil de mică, în funcție de elementul care este. Această radioactivitate vine în cele trei arome de bază introduse în prima teză a acestui articol: Alfa, beta și radiații gamma, numit si alfa, beta și particule gamma (cu excepția, tehnic, în ultima instanță).

Atomul a fost cândva descris oarecum impetuos ca „cel mai mic lucru indivizibil” chiar și de către oamenii aflați. Această definiție este adevărată în anumite moduri: luați orice element sau substanță dintr-o singură componentă ireductibilă, iar atomul este cea mai mică unitate întreagă a substanței respective. Există 118 elemente pe tabelul periodic începând cu 2020, 92 dintre ele apar în mod natural.

Atomii constau dintr-un nucleu, care are unul sau mai mulți protoni și, cu excepția hidrogenului (cel mai mic element), cel puțin un neutron. Ei au, de asemenea, unul sau mai mulți electroni, găsiți la o anumită distanță de nucleu în niveluri de energie specifice.

Protonii sunt încărcați pozitiv și electronii încărcați negativ, cu magnitudinea încărcării la fel în fiecare. Deoarece un atom aflat în stare de bază are același număr de protoni ca și electronii, atomii sunt neutru din punct de vedere electric dacă nu este ionizat (adică, numărul lor de electroni se schimbă).

Numărul de protoni al unui atom este numărul său atomic din tabelul periodic și determină identitatea (numele) elementului. Unii atomi pot câștiga sau pierde neutroni în timp ce continuă să existe fericit, dar dacă un nucleu pierde sau câștigă un proton în schimb, este un schimbător de jocuri, deoarece acum oricare ar fi fost elementul are un nume nou și atribute noi aceasta.

Forța care ține împreună protoni și neutroni este, nu degeaba, numită forță nucleară puternică. Nucleii atomilor pot fi priviți, într-un anumit sens, de a sta în centrul întregii materii, deci extremele lor stabilitatea are sens într-un cosmos plin de organizare și capabil să susțină viața pe cel puțin un umil planetă.

Dar nucleele nu sunt perfect stabile și, în timp, se descompun, emițând particule și energie. Fiecare element care suferă dezintegrare radioactivă sau, mai precis, izotop din elementul studiat, are propriul său timp de înjumătățire caracteristic, care poate fi folosit pentru a prezice câți nuclei se vor descompune în timp, oferind în același timp informații despre un singur nucleu. Astfel, este similar cu un risc, în esență, o statistică de probabilitate.

Timpul de înjumătățire al unei specii radioactive este timpul necesar pentru ca jumătate din nucleii instabili dintr-o probă să se descompună într-o formă diferită. Acest număr poate ajunge foarte mare, în miliarde de ani, deși pentru carbon-14 este de aproximativ 5.730 de ani (un blip în timp geologic, dacă nu în civilizațiile umane).

Diferitelor tipuri de dezintegrare radioactivă li se dau primele trei litere ale alfabetului grecesc. Prin urmare radiații alfa emite o particulă adesea reprezentată de o versiune minusculă a acestei litere, α. Totuși, ar fi neconvențional să scriem „radiații α”.

Acest tip de particule echivalează cu nucleul atomilor de heliu (He). Heliul este al doilea element de pe tabelul periodic și, cu o masă atomică de 4,00, are doi protoni și doi neutroni. Întregul atom are, de asemenea, doi electroni care echilibrează sarcina celor doi protoni, dar aceștia nu fac parte dintr-o particulă alfa, ci doar nucleul.

Aceste particule sunt masive în raport cu alte tipuri de radiații; particula beta, de exemplu, este de aproximativ 7.000 de ori mai mică. Acest lucru la suprafață ar putea face să pară deosebit de periculos, dar, de fapt, este adevărat opusul: dimensiunea particulelor α înseamnă că acestea pătrund foarte mult în lucruri, inclusiv în barierele biologice, cum ar fi pielea slab.

Particulele beta (β-particule) sunt de fapt doar electroni, dar își păstrează numele deoarece descoperirea lor este anterioară identificării formale a electronilor ca atare. Când un atom emite o particulă beta, el emite, de asemenea, o altă particulă subatomică numită în același timp un electron antineutrino. Această particulă împarte impulsul și energia emisiilor de particule, dar nu are aproape nicio masă (chiar și în comparație cu un electron, el însuși doar aproximativ 9,1 × 10^–31 kg în masă).

Particulele beta, fiind mult mai mici decât particulele alfa, pot pătrunde mai adânc decât omologii lor mult mai masivi.

Un alt tip de particule beta este Pozitron, care apare ca urmare a decăderii neutronilor din nucleu. Aceste particule au aceeași masă ca electronii, dar au sarcina opusă (de unde și numele lor).

Raze gamma, sau raze γ, reprezintă cel mai periculos rezultat al radioactivității pentru oameni. Nu au masă, deoarece nu sunt deloc particule. „Raze” este de fapt scurt pentru termenul general de radiație electromagnetică (radiație EM), care se deplasează cu viteza luminii (notată c sau 3 × 10⁸ m / s) și vine într-o varietate de combinații de frecvență și valori ale lungimii de undă ale căror produse sunt c.

Razele gamma au lungimi de undă foarte scurte și, prin urmare, energie foarte mare. Sunt similare cu razele X, cu excepția faptului că razele X provin în afara nucleului. Acestea trec de obicei prin corpurile umane fără să atingă nimic, dar pentru că sunt atât de pătrunzătoare, este necesar un scut de plumb gros de doi centimetri pentru a asigura oprirea lor.

Particulele alfa pot fi ignorate în siguranță, în măsura în care acest lucru este valabil pentru orice element clasificat ca radiație. Ei pot călători doar în jur de 4 până la 7 inci (10 până la 17 cm) în aer, iar energia lor se pierde la lovire protonii și neutronii din orice material întâlnesc, împiedicându-i să pătrundă mai departe.

Majoritatea daunelor cauzate de particulele beta provin din ingerarea sau înghițirea acestora. (Acest lucru poate fi valabil și pentru particulele alfa.) Consumul sau consumul de materiale radioactive este sursa majoră de daune cauzate de acest tip de radiații, deși expunerea prelungită la piele poate produce arsuri.

Razele gamma pot trece prin corpuri fără să lovească nimic, dar nu există nicio siguranță că vor face acest lucru și pot călători aproximativ o milă în aer. Deoarece pot pătrunde practic orice, pe lângă călătoria pe distanțe lungi, pot deteriorarea tuturor sistemelor corpului și prezența lor în medii cu sisteme de viață trebuie să fie atentă monitorizat.