Particulă alfa

Versiunea actuală a paginii nu a fost încă examinată de colaboratori experimentați și poate diferi semnificativ de versiunea revizuită pe 27 martie 2022; verificările necesită 2 modificări .
particulă alfa
α, α 2+ , He 2+
particulă alfa
nucleu izotop Heliu-4 ( )
Element chimic Heliu
Compus 2 protoni , 2 neutroni
O familie boson
Moment magnetic 0
Momentul cvadrupol electric 0
Numărul de masă ( numărul barionului ) patru
Greutate 3,727379240(82) GeV (aproximativ 6,644656⋅10 −27 kg)
Liturghie , a.m.u. 4,001506179125(62)
Energie legată 28,3 MeV (7,1 MeV per nucleon) [1]
Durata de viață grajd
Paritate +
numere cuantice
Incarcare electrica 2
A învârti 0
Spin izotopic 0
Hiperîncărcare patru

Particulă alfa (particulă α) - particulă încărcată pozitiv formată din doi protoni și doi neutroni ; nucleul unui atom de heliu-4 ( ) . Descoperit pentru prima dată de E. Rutherford în 1899 [1] . Particulele alfa pot provoca reacții nucleare ; la prima reacție nucleară indusă artificial, efectuată de E. Rutherford în 1919 (transformarea nucleelor ​​de azot în nuclee de oxigen), au participat particulele alfa. Fluxul particulelor alfa se numește raze alfa [2] sau radiații alfa [3] .

Educație

Particulele alfa apar din dezintegrarea alfa a nucleelor, în timpul reacțiilor nucleare și ca urmare a ionizării complete a atomilor de heliu-4. De exemplu, ca urmare a interacțiunii nucleului de litiu-6 cu un deuteron , se pot forma două particule alfa: 6 Li + 2 H = 4 He + 4 He . Particulele alfa formează o parte esențială a razelor cosmice primare ; cele mai multe dintre ele sunt nuclee de heliu accelerate din atmosfere stelare și gaze interstelare , unele sunt rezultatul reacțiilor de descompunere nucleară de la nucleele de raze cosmice mai grele. Particulele alfa de înaltă energie pot fi generate folosind acceleratori de particule .

Proprietăți

Masa unei particule alfa este de 4,001 506 179 127(63) unități de masă atomică [4] (aproximativ 6,644 657 3357(20)⋅10 −27 kg ), ceea ce este echivalent cu o energie de 3727,379 4066 [( 1 ) ] . Spinul și momentul magnetic sunt zero. Energia de legare (exprimată în unități de energie este diferența dintre masa totală a doi protoni și doi neutroni și masa unei particule alfa) este 28,295 6108(16) MeV ( 7,073 9027(4) MeV per nucleon ) [6] [ 7] . Excesul de masă este 2424,9158(1) keV [8] . Sarcina unei particule alfa este pozitivă și egală cu dublul sarcinii elementare sau aproximativ 3,218 10 -19 C.

Penetrare

Particulele încărcate grele interacționează în principal cu electronii atomici și, prin urmare, se abat puțin de la direcția mișcării lor inițiale. Ca rezultat, traseul unei particule grele R este măsurată prin distanța în linie dreaptă de la sursa particulelor până la punctul de oprire. În mod obișnuit, cursa este măsurată în unități de lungime (m, cm, microni), precum și densitatea suprafeței materialului (sau, echivalent, lungimea rulării înmulțită cu densitatea) (g/cm2 ) . Exprimarea intervalului în unități de lungime are sens pentru o densitate fixă ​​a mediului (de exemplu, aerul uscat este adesea ales ca mediu în condiții normale ). Semnificația fizică a intervalului în ceea ce privește densitatea suprafeței este masa pe unitatea de suprafață a stratului suficientă pentru a opri particulele.

Lungimea traseului unei particule α în funcție de energia și mediul acesteia
miercuri Energia particulelor α, MeV
patru 6 opt zece
Lungimea traseului particulei α, mm
Aer în condiții normale 25 46 74 106
tesut biologic 0,031 0,056 0,096 0,130
Aluminiu 0,016 0,030 0,048 0,069

Detectare

Particulele alfa sunt detectate folosind detectoare de scintilație , detectoare de descărcare de gaz , diode cu pin de siliciu (detectori de barieră de suprafață insensibili la radiațiile beta și gamma) și electronice de amplificare adecvate , precum și folosind detectoare de urme . Pentru a detecta particulele alfa cu energii caracteristice dezintegrarii radioactive, este necesar să se asigure o densitate scăzută a suprafeței ecranului, care separă volumul sensibil al detectorului de mediu. De exemplu, în detectoarele cu descărcare în gaz, poate fi instalată o fereastră de mica cu o grosime de câțiva microni, transparentă la particulele alfa. În detectoarele cu barieră de suprafață cu semiconductor, un astfel de ecran nu este necesar; zona de lucru a detectorului poate fi în contact direct cu aerul. La detectarea radionuclizilor alfa-activi în lichide, substanța de testat este amestecată cu un scintilator lichid.

În prezent, detectoarele de particule alfa cu barieră de suprafață de siliciu sunt cele mai comune, în care un strat subțire cu conductivitate de tip n este creat pe suprafața unui cristal semiconductor cu conductivitate de tip p prin introducerea prin difuzie a unei impurități donor (de exemplu, fosfor ). Aplicarea unei polarizări inverse la joncțiunea pn epuizează regiunea sensibilă a detectorului cu purtători de sarcină . O particulă alfa care ionizează o substanță intră în această regiune, determinând nașterea a câteva milioane de perechi electron-gaură, care provoacă un impuls de curent înregistrat cu o amplitudine proporțională cu numărul de perechi produse și, în consecință, cu energia cinetică a particulei alfa absorbite. . Deoarece regiunea de epuizare are o grosime foarte mică, detectorul este sensibil doar la particulele cu o densitate mare de ionizare (particule alfa, protoni, fragmente de fisiune, ioni grei) și este insensibil la radiațiile beta și gama.

Impactul asupra electronicii

Mecanismul descris mai sus pentru crearea perechilor electron-gaură de către o particulă alfa din semiconductori poate provoca comutarea neautorizată a unui declanșator semiconductor atunci când o particulă alfa cu energie suficientă lovește un cip de siliciu. În acest caz, un singur bit din memorie este înlocuit cu zero (sau invers). Pentru a reduce numărul de astfel de erori, materialele utilizate la fabricarea microcircuitelor ar trebui să aibă o activitate alfa intrinsecă scăzută.

Impact uman

Particulele alfa formate în timpul dezintegrarii nucleului au o energie cinetică inițială în intervalul 1,8-15 MeV [9] . Când o particulă alfa se mișcă printr-o substanță, creează o ionizare puternică a atomilor din jur și, ca urmare, pierde energie foarte repede. Energia particulelor alfa rezultată din degradarea radioactivă nu este suficientă nici măcar pentru a depăși stratul mort al pielii , prin urmare, nu există niciun risc de radiație în timpul expunerii externe la astfel de particule alfa. Radiația alfa externă este periculoasă pentru sănătate numai în cazul particulelor alfa de înaltă energie (cu energii de peste zeci de MeV), a căror sursă este un accelerator . Cu toate acestea, pătrunderea radionuclizilor alfa-activi în organism, atunci când țesuturile vii ale corpului sunt expuse direct la radiații, este foarte periculoasă pentru sănătate, deoarece o densitate mare de ionizare de-a lungul pistei de particule dăunează grav biomoleculelor . Se crede [10] că, cu o eliberare de energie egală ( doză absorbită ) , doza echivalentă acumulată în timpul iradierii interne cu particule alfa cu energii caracteristice dezintegrarii radioactive este de 20 de ori mai mare decât în ​​timpul iradierii cu cuante gamma și cu raze X. Cu toate acestea, transferul liniar de energie al particulelor alfa de înaltă energie (cu energii de 200 MeV și mai mult) este mult mai mic, astfel încât eficiența lor biologică relativă este comparabilă cu cea a particulelor cuante gamma și beta .

Astfel, particulele α cu energii de 10 MeV și mai mari, suficiente pentru a depăși stratul cornos mort al pielii , pot reprezenta un pericol pentru oameni în timpul iradierii externe . În același timp, majoritatea acceleratoarelor de particule α operează la energii sub 3 MeV [11] .

Un pericol mult mai mare pentru oameni îl reprezintă particulele α care provin din dezintegrarea alfa a radionuclizilor care au pătruns în organism (în special, prin tractul respirator sau tractul digestiv ) [12] . O cantitate microscopică de substanță α-radioactivă (de exemplu , poloniu-210 ) este suficientă pentru a provoca boală acută de radiații la victimă , adesea cu un rezultat fatal [12] .

Vezi și

Note

  1. ↑ 1 2 Ogloblin A. A., Lomanov M. F. PARTICULA ALPHA // Marea Enciclopedie Rusă. versiune electronică (2016); https://bigenc.ru/physics/text/1816460 Arhivat 27 martie 2022 la Wayback Machine Accesat: 27.03.2022
  2. ↑ Gordienko V. A. Introducere în ecologie (15 mai 2012). Preluat la 27 martie 2022. Arhivat din original la 27 martie 2022.
  3. ↑ Interacțiunea particulelor cu materia Arhivat 18 iulie 2012 la Wayback Machine .
  4. ↑ Masa de particule alfa în u Arhivat la 30 octombrie 2021 la Wayback Machine . Valori recomandate CODATA 2018.
  5. ↑ Echivalentul energiei masei particulelor alfa în MeV Arhivat la 23 martie 2021 la Wayback Machine . Valori recomandate CODATA 2018.
  6. ↑ Meng Wang , Huang WJ , Kondev FG , Audi G. , Naimi S. The Ame2020 atomic mass evaluation (II). Tabele, grafice și referințe  (engleză)  // Chinese Physics C. - 2021. - Vol. 43 , iss. 3 . - P. 030003-1-030003-512 . - doi : 10.1088/1674-1137/abddaf .
  7. ↑ Rețineți că bazele de date Nubase2020 și AME 2020 listează mase și cantități derivate pentru un atom de heliu-4 neutru, neexcitat; pentru a se transforma într-o particulă alfa (un atom de heliu-4 dublu ionizat), este necesar să se scadă masele a doi electroni 2 × 0,510 998 950 00 (15) MeV și să se adauge energia lor de legare în starea cea mai scăzută, 0,000 079 005 MeV. .
  8. ↑ Kondev FG , Wang M. , Huang WJ , Naimi S. , Audi G. Evaluarea Nubase2020 a proprietăților nucleare  // Chinese Physics  C. - 2021. - Vol. 45 , iss. 3 . - P. 030001-1-030001-180 . - doi : 10.1088/1674-1137/abddae .Acces deschis
  9. ↑ În unele cazuri, în timpul dezintegrarii alfa, un nucleu care emite o particulă alfa poate intra mai întâi într-o stare excitată . În acest caz, energia particulei alfa emise se dovedește a fi mai mică decât în ​​timpul tranziției la nivelul principal al nucleului fiu, deoarece o parte din energie rămâne în nucleu. Nivelul excitat scade ulterior în starea fundamentală a nucleului, iar energia este transportată de o rază gamma sau transferată la electronii învelișului atomic (vezi Conversia internă ). Cu toate acestea, probabilitatea tranziției nucleului în timpul dezintegrarii alfa la un nivel excitat, de regulă, este puternic suprimată, ceea ce este asociat cu o scădere exponențială a probabilității de dezintegrare alfa cu o scădere a energiei cinetice a alfa emisă . particule.
  10. ↑ Publicația 103 a Comisiei Internaționale pentru Protecția împotriva Radiațiilor (ICRP). Per din engleză. / Sub redacţia generală. M. F. Kiseleva și N. K. Shandaly. - M .: Ed. SRL PKF „Alana”, 2009. - S. 68-71. - 1000 de exemplare.  - ISBN 978-5-9900350-6-5 .
  11. ↑ Vasilenko O.I. , Ișhanov B.S. ,  Kapitonov I.M. ,  Seliverstova Zh.M. , Shumakov A.V. RADIATION. - M. : Editura Universității din Moscova, 1996.
  12. ↑ 1 2 BBC: „S-a spus instanței cum a fost găsit poloniu în corpul lui Litvinenko” . Data accesului: 29 ianuarie 2015. Arhivat din original la 31 ianuarie 2015.

Literatură

  Accesați articolul Wikidata  Dicționare și enciclopedii
În cataloagele bibliografice
 Clasificarea particulelor
Viteza raportată la viteza luminii
Prin prezența structurii interne și a separabilității
Fermiuni prin prezența unei antiparticule
Formată în timpul dezintegrarii radioactive
Candidați pentru rolul particulelor de materie întunecată
În modelul inflaţionist al universului
Prin prezența unei sarcini electrice
În teoriile ruperii spontane de simetrie
Pe timpul vieții
Alte clase