Альфа-излучение (альфа-лучи, α-лучи), образование, биологическая опасность и защита.
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)
Возникновение и образование альфа-излучения
Биологический эффект и опасность альфа-излучения
Альфа-излучение (альфа-лучи, α-лучи):
Альфа-излучение (альфа-лучи, α-лучи) – это потоки высокоэнергетических ядер, состоящих из двух протонов и двух нейтронов.
Альфа-излучение (альфа-лучи, α-лучи) – это поток ядер атомов гелия-4, имеющих положительный заряд, т.е. поток альфа-частиц.
Альфа-частица (α-частица) – ядро атома гелия-4 – 42He2+, образовано двумя протонами и двумя нейтронами.
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-лучей 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-излучения:
Альфа-излучение обычно возникает 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-излучения:
Альфа-излучение 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.
Применение альфа-излучения:
– в медицине при лечении рака;
– для устранения статического электричества;
– в качестве источника питания в различных приборах и оборудовании;
– в датчиках дыма.
Источник: https://ru.wikipedia.org/wiki/Альфа-частица
Примечание: © Фото https://www.pexels.com, https://pixabay.com