Kaj so delci alfa, beta in gama?

Alfa, beta, gama žarki: Skoraj zveni kot slog starošolskega filma o nezemljanih iz vesolja, ki so na novo prispeli na Zemljo s svojimi ultra-visokotehnološkimi pripomočki (in upamo, da so topla). V resnici to ni predaleč. Alfa, beta in gama sevanja so resnične entitete v svetu fizike in se jim je vredno izogibati, ko lahko z njimi upravljate.

Verjetno veste, da se lahko različne vrste atomov med seboj povezujejo s postopkom kemične vezi in tvorijo molekule. Na primer, dva atoma vodika (H na periodnem sistemu elementov) in en atom kisika (O) se lahko združita v molekulo vode (H₂O). Ta molekula se lahko razbije v ione H + in OH - z razbitjem ene od vezi O-H.

V kemijskih vezih med seboj sodelujejo elektroni različnih atomov, vendar njihova jedra (množica jedra) ostanejo nedotaknjena. To je zato, ker je sila, ki drži protone in nevtrone skupaj, izjemno močna v primerjavi z elektrostatičnimi silami, na katerih temelji kemijska vez med atomi.

Kljub temu atomska jedra propadajo, običajno spontano in pogosto z neverjetno nizko hitrostjo, odvisno od tega, kateri element je. Ta radioaktivnost je na voljo v treh osnovnih okusih, predstavljenih v prvem stavku tega članka:

Atom so nekoč nekoliko naglo opisali kot "najmanjšo nedeljivo stvar", tudi ljudje, ki so vedeli. Ta opredelitev v nekaterih pogledih drži: Vzemimo kateri koli posamezen element ali snov, sestavljeno iz ene same nesodušne komponente, in atom je najmanjša celota te snovi. Od leta 2020 je v periodnem sistemu 118 elementov, od tega 92 naravnih.

Atomi so sestavljeni iz jedra, ki ima enega ali več protonov in, razen vodika (najmanjši element), vsaj en nevtron. Imajo tudi enega ali več elektronov, ki jih najdemo na določeni razdalji od jedra v določenih nivojih energije.

Protoni so pozitivno nabiti, elektroni pa negativno nabiti, pri čemer je velikost naboja pri vsakem enaka. Ker ima atom v osnovnem stanju enako število protonov kot elektronov, so atomi električno nevtralna razen če so ionizirani (tj. njihovo elektronsko število se spremeni).

Protonsko število atoma je njegovo atomsko število v periodnem sistemu in določa identiteto (ime) elementa. Nekateri atomi lahko pridobijo ali izgubijo nevtrone, medtem ko še naprej srečno obstajajo, če pa jedro izgubi ali dobi proton namesto tega gre za spreminjanje iger, kajti zdaj ima element, ki je bil popolnoma nov, novo ime in nove atribute to.

Sila, ki drži protone in nevtrone skupaj, ni zastonj imenovana močna jedrska sila. Za jedra atomov lahko v določenem smislu velja, da sedijo v središču vse snovi, torej za njihovo skrajnost stabilnost je smiselna v kozmosu, ki je organizacijsko poln in je sposoben vzdrževati življenje vsaj na enem skromnem planeta.

Toda jedra niso popolnoma stabilna in sčasoma propadajo, oddajajo delce in energijo. Vsak element, ki pretrpi radioaktivni razpad ali natančneje izotop elementa, ki ga preučujemo, ima lastno značilno razpolovno dobo, s katero lahko napovemo, koliko jeder bo sčasoma propadlo, ne da pa nobene informacije o enem jedru. Tako je podoben tveganju, v bistvu statistika verjetnosti.

Razpolovni čas radioaktivne vrste je čas, ko polovica nestabilnih jeder v vzorcu razpade v drugačno obliko. To število lahko doseže zelo veliko milijard let, čeprav je za ogljik-14 približno 5.730 let (preskok v geološkem času, če ne v človeških civilizacijah).

Različne vrste radioaktivnega razpada dobijo prve tri črke grške abecede. Tako alfa sevanje oddaja delec, ki ga pogosto predstavlja mala različica te črke, α. Nenavadno pa bi bilo, če bi zapisali "α-sevanje".

Ta delci so enaki jedru helijevih atomov (He). Helij je drugi element na periodnem sistemu in ima z atomsko maso 4,00 dva protona in dva nevtrona. Celoten atom ima tudi dva elektrona, ki uravnotežita naboj obeh protonov, vendar ta nista del alfa delca, temveč samo jedro.

Ti delci so masivni glede na druge vrste sevanja; beta delci so na primer približno 7000 krat manjši. Zaradi tega je na videz videti še posebej nevarno, v resnici pa je ravno nasprotno: velikost α-delcev pomeni, da zelo prodrejo v stvari, vključno z biološkimi ovirami, kot je koža slabo.

Beta delci (β-delci) so pravzaprav samo elektroni, vendar ohranijo svoje ime, ker je njihovo odkritje pred formalno identifikacijo elektronov kot takih. Ko atom odda beta delce, hkrati odda še en subatomski delec, imenovan elektronski antineutrino. Ta delec ima zagon in energijo emisije delcev, vendar nima skoraj nobene mase (tudi v primerjavi z elektronom, sam le približno 9,1 × 10^–31 kg v masi).

Beta delci, ki so veliko manjši od delcev alfa, lahko prodrejo globlje kot njihovi veliko bolj masivni kolegi.

Druga vrsta beta delcev je pozitron, ki nastane kot posledica razpada nevtronov v jedru. Ti delci imajo enako maso kot elektroni, vendar imajo nasprotni naboj (od tod tudi njihovo ime).

Gama žarki, ali γ-žarki, predstavljajo najnevarnejši rezultat radioaktivnosti za ljudi. Brez mase so, ker sploh niso delci. "Žarki" so pravzaprav kratice za splošni izraz elektromagnetno sevanje (EM sevanje), ki potuje s svetlobno hitrostjo (označeno s c ali 3 × 10⁸ m / s) in je na voljo v različnih kombinacijah vrednosti frekvence in valovne dolžine, katerih proizvodi so c.

Gama žarki imajo zelo kratke valovne dolžine in s tem zelo visoko energijo. Podobni so rentgenskim žarkom, le da rentgenski žarki izvirajo izven jedra. Običajno prehajajo skozi človeška telesa, ne da bi se kaj dotaknili, ker pa so tako prodorni, je potreben svinčeni ščit debeline dva centimetra, da se zagotovi njihovo zaustavitev.

Alfa delce lahko varno prezremo, če to velja za vse, kar je razvrščeno kot sevanje. Po zraku lahko potujejo le od 10 do 17 cm (10 do 17 cm), njihova energija pa se pri udarcu izgubi protoni in nevtroni kakršnega koli materiala, na katerega naletijo, jim preprečujejo prodiranje naprej.

Večina škode zaradi delcev beta nastane zaradi zaužitja ali požiranja. (To lahko velja tudi za delce alfa.) Pitje ali uživanje radioaktivnih snovi je glavni vir škode zaradi te vrste sevanja, čeprav lahko dolgotrajna izpostavljenost koži povzroči opekline.

Gama žarki lahko prehajajo skozi telesa, ne da bi pri tem kaj udarili, vendar ni zagotovila, da bodo to dejansko storili, in lahko v zraku prevozijo približno kilometer. Ker lahko poleg tega, da potujejo na dolge razdalje, prodrejo skoraj v vse, lahko tudi poškodbe vseh telesnih sistemov in njihova prisotnost v okoljih z živimi sistemi mora biti previdna spremlja.