Альфа-частица (α-частица), образование, биологическая опасность и защита

Альфа-частица (α-частица), образование, биологическая опасность и защита.

 

 

Альфа-частица (α-частица ) – это ядро атома гелия-4 –  42He2+, которое образовано двумя протонами и двумя нейтронами.

 

Альфа-частица (α-частица)

Свойства альфа-частиц

Возникновение и образование альфа-частиц

Свойства альфа-излучения

Биологический эффект и опасность альфа-частиц

 

Альфа-частица (α-частица):  

Альфа-частица (α-частица) –  ядро атома гелия-4 –  42He2+, которое образовано двумя протонами и двумя нейтронами.

Гелий-4 также обычно называется гелием.

В свою очередь альфа-излучение (альфа-лучи, α-лучи) – это поток ядер атомов гелия-4, имеющих положительный заряд, т.е. поток альфа-частиц.

Альфа-излучение (альфа-лучи, α-лучи) –  это ионизирующее излучение, обычно возникающее при альфа-распаде – одном из типов радиоактивного распада атомных ядер. Альфа-излучение также может быть получено другими способами – при ядерных реакциях и в результате полной ионизации атомов гелия-4.

Альфа-излучение  относится к ионизирующим излучениям, то есть к излучениям, взаимодействие которых с веществом способно приводить к образованию ионов разных знаков.

Альфа-частицы могут вызывать ядерные реакции. В первой искусственно вызванной ядерной реакции, проведённой Э. Резерфордом в 1919 году (превращение ядер азота в ядра кислорода) участвовали именно альфа-частицы.

Название альфа-частиц происходит от деления ионизирующего излучения на альфа-излучение, бета-излучение и гамма-излучение в соответствии с их возрастающей способностью проникать в материю. Альфа- и бета-лучи состоят из заряженных частиц и поэтому взаимодействуют с материей значительно сильнее, чем незаряженные фотоны или кванты гамма-излучения. Соответственно, последние имеют значительно более высокую проникающую способность.

Бета-излучение (β-лучи) являют собой поток электронов – е (частиц с отрицательным зарядом) или позитронов – p (соответственно, частиц с положительным зарядом).

Гамма-излучение (γ-лучи) представляет собой поток фотонов, имеющих высокую энергию (гамма-квантов). Энергия гамма-квантов может составлять от нескольких сотен килоэлектронвольт (кэВ) до нескольких сотен гигаэлектронвольт (ГэВ) и выше. Последнее (сверхвысокие значения энергий гамма-лучей) характерно для космических лучей.  Так, очень высокоэнергетические гамма-лучи в диапазоне 100-1000 тераэлектронвольт (ТэВ) наблюдались от таких источников, как микроквазар Cygnus X-3 .

Впервые альфа-частицы обнаружены Э. Резерфордом в 1899 году и названы им по первой букве греческого алфавита.

 

Свойства альфа-частиц:

Масса альфа-частицы составляет 4,001506179127(63) атомной единицы массы или около 6,6446573357(20)⋅10−27 кг), что эквивалентно энергии 3727,3794066(11) МэВ или 3,7273794066(11) ГэВ.

Спин и магнитный момент альфа-частицы равны нулю.

Энергия связи (выраженная в энергетических единицах разница между суммарной массой двух протонов и двух нейтронов и массой альфа-частицы) составляет 28,2956108(16) МэВ (7,0739027(4) МэВ на нуклон).

Избыток массы составляет 2424,9158(1) кэВ.

Заряд альфа-частицы положителен и равен удвоенному элементарному заряду, или примерно 3,218·10−19 Кл.

Энергия испускаемых альфа-частиц варьируется в диапазоне 1,8—15 МэВ, но большинство альфа-частиц имеют энергию от 3 до 7 МэВ. Альфа-частицы с более высокой энергией испускаются из более крупных ядер.

С кинетической энергией 5 МэВ скорость испускаемых альфа-частиц составляет 15 000 км/с, что составляет 5% от скорости света. Альфа-частицы имеют меньшую скорость, чем любой другой распространенный тип излучения.

 

Возникновение и образование альфа-частиц:

Альфа-частицы обычно возникают при альфа-распаде тяжелых (атомный вес> 106 ед) атомов. Альфа-частицы обычно испускаются всеми более крупными радиоактивными ядрами, такими как уран, торий, актиний и радий, а также трансурановыми элементами. В отличие от других типов распада, альфа-распад как процесс должен иметь атомное ядро минимального размера, которое может его поддерживать. Наименьшими ядрами, которые на сегодняшний день были обнаружены способными к альфа-излучению, являются бериллий-8 и самые легкие нуклиды теллура с массовыми числами от 104 до 109.

Когда атом испускает альфа-частицу при альфа-распаде, массовое число атома уменьшается на четыре из-за потери четырех нуклонов в альфа-частице. Атомный номер атома уменьшается на два, в результате потери двух протонов – атом становится новым элементом.

Альфа-распад иногда оставляет ядро в возбужденном состоянии; последующее испускание гамма-излучения затем удаляет избыточную энергию.

 

Свойства альфа-излучения:

– альфа-лучи имеют меньшую глубину проникновения в вещество, чем другие типы излучения. Глубина проникновения зависит от плотности окружающей среды в каждом конкретном случае. Из-за своей относительно большой массы альфа-частицы могут быть остановлены листом бумаги или мёртвым слоем кожи, и не могут пройти сквозь твердые предметы, такие как металл или стекло.

Длина пробега α-частицы в зависимости от её энергии и среды
Среда Энергия α-частиц, МэВ
4 6 8 10
Длина пробега α-частицы, мм
Воздух при нормальных условиях 25 46 74 106
Биологическая ткань 0,031 0,056 0,096 0,130
Алюминий 0,016 0,030 0,048 0,069

Таким образом, даже листа бумаги или десяти сантиметров воздуха, как правило, достаточно для полной защиты от альфа-излучения;

– альфа-лучи содержат заряженные частицы и поэтому отклоняются электрическими и магнитными полями;

– альфа-излучение при прохождении через вещество вызывает сильную ионизацию атомов вещества, и в результате этого очень быстро теряет энергию. Среди других типов ионизирующего излучения альфа-излучение обладает самым большим ионизирующим эффектом, чем бета-излучение или гамма-излучение. Больший ионизирующий эффект означает следующее: чем выше ионизирующий эффект, тем сильнее повреждение живой ткани, но также и тем ниже проникающая способность излучения;

– альфа-излучение, воздействуя на живой организм, вызывает хроническую и острую лучевую болезнь, а также смерть.

 

Биологический эффект и опасность альфа-частиц:

Альфа-излучение, как поток альфа-частиц, при внешнем облучении по большей части не представляет опасность для жизни и здоровья, поскольку энергии альфа-частиц, возникающих в результате радиоактивного распада – до 3 МэВ, не хватает даже для преодоления мёртвого слоя кожи. Они (альфа-частицы) остаются в верхних омертвевших слоях кожи из-за своей малой глубины проникновения.

Хотя следует помнить, что многие источники альфа-излучения излучают также гораздо более проникающие и опасные типы излучения: бета-частицы, гамма-кванты, иногда нейтроны.

Внешнее альфа-облучение опасно для жизни и здоровья только в случае высокоэнергетичных альфа-частиц (с энергией, достаточной для преодоления омертвевшего рогового слоя кожного покрова), источником которых является, как правило, ускоритель.

Особую опасность для жизни и здоровья представляет также внутреннее облучение альфа-излучением, альфа-частицами – проникновение альфа-активных радионуклидов внутрь тела через дыхательные пути или пищеварительный тракт, в результате чего облучению подвергаются непосредственно живые ткани организма. В этом случае облучение альфа-частицами может вызвать хроническую и острую лучевую болезнь, а в некоторых случаях – и смерть. Альфа-излучение в 20 раз больше оказывает разрушительное действие на организм человека, чем гамма-излучение или бета-излучение равной энергии.

 

Источник: https://ru.wikipedia.org/wiki/Альфа-частица

Примечание: © Фото https://www.pexels.com, https://pixabay.com