Dezintegrarea alfa

Dezintegrarea alfa ( α-decay ) este un tip de dezintegrare radioactivă a nucleului , în urma căreia este emis nucleul dublu magic al heliului 4 He  - o particulă alfa [1] . În acest caz, numărul de masă al nucleului scade cu 4, iar numărul atomic  - cu 2.

Teorie

Dezintegrarea alfa din starea fundamentală este observată numai în nuclee suficient de grele, de exemplu, în radiu-226 sau uraniu-238 . Nucleii alfa radioactivi apar în tabelul nuclizilor începând de la numărul atomic 52 ( teluriu ) și numărul de masă aproximativ 106-110, iar cu numărul atomic mai mare de 82 și numărul de masă mai mare de 200, aproape toți nuclizii sunt alfa radioactivi, deși pot avea dezintegrare alfa.și modul de dezintegrare nedominant. Dintre izotopii naturali , radioactivitatea alfa este observată în mai mulți nuclizi ai elementelor pământurilor rare (neodim-144, samariu-147, samariu-148, europiu-151, gadoliniu-152), precum și în mai mulți nuclizi ai metalelor grele (hafniu-174, wolfram-180, osmiu-186, platină-190, bismut-209, toriu-232, uraniu-235, uraniu-238) și produse de degradare de scurtă durată ai uraniului și toriu.

Dezintegrarea alfa din stările extrem de excitate ale nucleului este observată și la un număr de nuclizi ușoare, de exemplu, în litiu-7. Dintre nuclizii ușoare, dezintegrarea alfa din starea fundamentală este experimentată de heliu-5 (dezintegrare la α + n ), litiu-5 (α + p ), beriliu-6 (α + 2p ), beriliu-8 (2α) și bor -9 (2α + p ) [2] .

Particula alfa experimentează o tranziție de tunel printr-o barieră potențială din cauza forțelor nucleare , așa că dezintegrarea alfa este un proces esențial cuantic . Deoarece probabilitatea efectului de tunel depinde exponențial de înălțimea barierei [3] , timpul de înjumătățire al nucleelor ​​alfa-active crește exponențial cu scăderea energiei particulelor alfa (acest fapt este conținutul legii Geiger-Nattall ). La o energie a particulelor alfa mai mică de 2 MeV , durata de viață a nucleelor ​​alfa-active depășește semnificativ durata de viață a Universului . Prin urmare, deși majoritatea izotopilor naturali mai grei decât ceriul sunt, în principiu, capabili să se descompună prin acest canal, doar câțiva dintre ei au înregistrat de fapt o astfel de degradare.

Viteza de evacuare a unei particule alfa variază de la 9400 km/s ( izotopul de neodim 144 Nd) la 23.700 km/s pentru izotopul de poloniu 212m Po . În general, formula de dezintegrare alfa arată astfel:

Un exemplu de dezintegrare alfa pentru izotopul 238 U :

Dezintegrarea alfa poate fi văzută ca un caz extrem de dezintegrare a clusterului .

Istorie

Dezintegrarea alfa a fost identificată pentru prima dată de către fizicianul britanic Ernest Rutherford în 1899 [4] . În același timp, la Paris, fizicianul francez Paul Villard a efectuat experimente similare, dar nu a avut timp să separe radiația înaintea lui Rutherford. Prima teorie cantitativă a dezintegrarii alfa a fost dezvoltată de fizicianul sovietic și american Georgy Gamow .

Pericol pentru organismele vii

Fiind destul de grele și încărcate pozitiv, particulele alfa din dezintegrarea radioactivă au o rază de acțiune foarte mică în materie și, atunci când se deplasează printr-un mediu, pierd rapid energie la o distanță mică de sursă. Acest lucru duce la faptul că toată energia radiației este eliberată într-un volum mic de materie, ceea ce crește șansele de deteriorare a celulelor atunci când sursa de radiații intră în organism. Cu toate acestea, radiațiile externe de la sursele radioactive sunt inofensive, deoarece particulele alfa pot fi prinse în mod eficient de câțiva centimetri de aer sau de zeci de micrometri dintr-o substanță densă - de exemplu, o foaie de hârtie și chiar un strat mort cornos al epidermei (suprafața pielii ), fără a ajunge la celulele vii. Nici măcar atingerea unei surse de radiații alfa pure nu este periculoasă, deși trebuie amintit că multe surse de radiații alfa emit și tipuri de radiații mult mai penetrante ( particule beta , raze gamma , uneori neutroni). Cu toate acestea, dacă o sursă alfa pătrunde în organism, aceasta duce la o expunere semnificativă la radiații. Factorul de calitate al radiației alfa este de 20 (mai mult decât toate celelalte tipuri de radiații ionizante, cu excepția nucleelor ​​grele și a fragmentelor de fisiune ). Aceasta înseamnă că, în țesutul viu, o particulă alfa creează de 20 de ori mai multe daune decât o rază gamma sau o particulă beta de energie egală.

Toate cele de mai sus se aplică surselor radioactive de particule alfa, ale căror energii nu depășesc 15 MeV . Particulele alfa produse la accelerator pot avea energii semnificativ mai mari și pot crea o doză semnificativă chiar și cu iradierea externă a corpului.

Note

  1. ↑ Mukhin K. N. Fizică nucleară experimentală. In 2 carti. Carte. 1. Fizica nucleului atomic. Partea I. Proprietăţile nucleonilor, nucleilor şi radiaţiilor radioactive. — M.: Energoatomizdat, 1993. — S. 137. — ISBN 5-283-04080-1
  2. ↑ Nudat 2. Interactive Chart of Nuclides Arhivat 6 aprilie 2018 la Wayback Machine . Centrul Național de Date Nucleare, Laboratorul Național Brookhaven.
  3. ↑ Malyarov, 1959 , p. 231.
  4. ↑ Rutherford E. Radiația uraniului și conducția electrică produsă de aceasta  //  Philosophical Magazine, Series 5. - 1899. - Vol. 47 , iss. 284 . - P. 109-163 .

Literatură