Що таке частинки альфа, бета та гамма?

Альфа, бета, гамма-промені: Це майже звучить як слоган кінофільму старої школи про прибульців з космосу, які нещодавно прибули на Землю зі своїми ультра-високотехнологічними пристосуваннями (і, сподіваємось, теплим характером). Насправді це не надто далеко. Альфа-, бета- та гамма-випромінювання - це все реальні сутності у світі фізики, і їх варто уникати, коли ви можете ними керувати.

Ви, мабуть, знаєте, що різні типи атомів можуть з’єднуватися в процесі хімічного зв’язку для створення молекул. Наприклад, два атоми водню (H на періодичній системі елементів) і один атом кисню (O) можуть поєднуватися, утворюючи молекулу води (H₂О). Цю молекулу можна розбити на іони Н + і ОН–, розірвавши один із зв’язків О-Н.

У хімічних зв’язках електрони різних атомів взаємодіють, але їх ядра (множина ядра) залишаються цілими. Це пов’язано з тим, що сила, що утримує протони та нейтрони разом, надзвичайно сильна порівняно з електростатичними силами, що лежать в основі хімічного зв’язку між атомами.

Тим не менше, атомні ядра розпадаються, як правило, спонтанно і часто з неймовірно низькою швидкістю, залежно від того, який елемент. Ця радіоактивність складається з трьох основних ароматів, представлених у першому реченні цієї статті:

Колись атом був дещо бурхливо описаний як "найменша неподільна річ" навіть людьми, що знають. Це визначення є правдивим у деяких відношеннях: візьмемо будь-який окремий елемент або речовину, складену з одного незводимого компонента, і атом є найменшою цілою одиницею цієї речовини. Станом на 2020 рік в періодичній системі є 118 елементів, 92 з яких зустрічаються в природі.

Атоми складаються з ядра, яке має один або кілька протонів і, крім водню (найдрібніший елемент), принаймні одного нейтрона. Вони також мають один або кілька електронів, які знаходяться на певній відстані від ядра в певних енергетичних рівнях.

Протони заряджені позитивно, а електрони - негативно, при цьому величина заряду однакова в кожному. Оскільки атом у основному стані має таку ж кількість протонів, як і електрон, атоми є електрично нейтральний якщо не іонізовані (тобто їх електронне число змінюється).

Протонний номер атома - це його атомний номер у періодичній системі, який визначає ідентичність (ім'я) елемента. Деякі атоми можуть отримувати або втрачати нейтрони, продовжуючи щасливо існувати, але якщо ядро ​​втрачає або отримує протон натомість це зміна гри, адже тепер, яким би не був елемент, має нове ім’я та нові атрибути це.

Сила, яка утримує протони та нейтрони разом, не дарма називається сильною ядерною силою. Ядра атомів можна розглядати, в певному сенсі, що сидять у центрі всієї матерії, тому їх крайність стабільність має сенс у космосі, в якому багато організації та здатне підтримувати життя хоча б на одному скромному планети.

Але ядра не є абсолютно стабільними, і з часом вони розпадаються, випромінюючи частинки та енергію. Кожен елемент, який зазнає радіоактивного розпаду, а точніше ізотоп елемента, що вивчається, має свій характерний період напіврозпаду, який можна використовувати для прогнозування того, скільки ядер розпадеться з часом, не пропонуючи інформації про якесь одне ядро. Таким чином, це схоже на ризик, по суті, статистика ймовірності.

Період напіввиведення радіоактивних видів - це час, протягом якого половина нестабільних ядер у зразку розпадається в іншу форму. Ця цифра може сягати дуже великих значень - до мільярдів років, хоча для вуглецю-14 це близько 5730 років (промах в геологічному часі, якщо не в людських цивілізаціях).

Різним видам радіоактивного розпаду даються перші три літери грецького алфавіту. Таким чином альфа-випромінювання випромінює частинку, часто представлену малою версією цієї букви, α. Однак писати "α-випромінювання" було б нетрадиційно.

Цей вид частинок рівнозначний ядру атомів гелію (He). Гелій - другий елемент періодичної системи, і з атомною масою 4,00 він має два протони та два нейтрони. Весь атом також має два електрони, які врівноважують заряд двох протонів, але вони не є частиною альфа-частинки, а лише ядро.

Ці частинки масивні по відношенню до інших видів випромінювання; наприклад, бета-частинка приблизно в 7000 разів менша. Це на перший погляд може здатися особливо небезпечним, але насправді все навпаки: Розмір α-частинок означає, що вони дуже проникають через речі, включаючи біологічні бар'єри, такі як шкіра погано.

Бета-частинки (β-частинки) насправді просто електрони, але вони зберігають свою назву, оскільки їх відкриття передує офіційній ідентифікації електронів як таких. Коли атом випромінює бета-частинку, він одночасно виділяє ще одну субатомну частинку, яка одночасно називається електронним антинейтрино. Ця частинка ділиться на імпульс та енергію випромінювання частинок, але вона майже не має маси (навіть у порівнянні з електроном, сам лише близько 9,1 × 10^–31 кг у масі).

Бета-частинки, набагато менші за альфа-частинки, можуть проникати глибше, ніж їхні набагато масивніші аналоги.

Інший тип бета-частинок - це позитрон, що виникає в результаті розпаду нейтронів в ядрі. Ці частинки мають однакову масу з електронами, але мають протилежний заряд (звідси і їх назва).

Гамма-промені, або γ-промені, представляють найнебезпечніший результат радіоактивності для людини. Вони безмасові, оскільки зовсім не є частинками. "Промені" насправді є коротким для загального терміна електромагнітне випромінювання (ЕМ-випромінювання), яке рухається зі швидкістю світла (позначене c, або 3 × 10⁸ м / с) і поставляється в різних комбінаціях значень частоти та довжини хвилі, продукти яких с.

Гамма-промені мають дуже коротку довжину хвилі і, отже, дуже високу енергію. Вони схожі на рентгенівські промені, за винятком того, що рентгенівські промені беруть початок поза ядра. Зазвичай вони проходять крізь людські тіла, нічого не торкаючись, але оскільки вони настільки проникаючі, для забезпечення їх зупинки необхідний свинцевий щит товщиною два дюйми.

Альфа-частинки можна сміливо ігнорувати, настільки, що це стосується будь-чого, що класифікується як випромінювання. Вони можуть подорожувати лише в повітрі від 10 до 17 см, а їх енергія втрачається при ударі протони та нейтрони будь-якого матеріалу, з яким вони стикаються, не даючи їм проникнути всередину далі.

Більша частина шкоди від бета-частинок припадає на процес їх проковтування або ковтання. (Це може стосуватися і альфа-частинок.) Вживання або вживання радіоактивних речовин є основним джерелом шкоди від такого випромінювання, хоча тривалий вплив на шкіру може спричинити опіки.

Гамма-промені можуть проходити крізь тіла, нічого не вражаючи, але немає впевненості, що вони насправді це зроблять, і вони можуть подорожувати близько милі в повітрі. Оскільки вони можуть проникнути практично в будь-що, крім подорожей на великі відстані, вони можуть пошкоджувати всі системи організму та їх присутність у середовищах, де живі системи, слід обережно контролюється.