Што такое альфа-распад і бэта-распад? Бэта-распад, альфа-распад: формулы і рэакцыі

Альфа і бэта-выпраменьвання ў агульным выпадку называюцца радыёактыўнага распаду. Гэта працэс, які ўяўляе сабой выпусканне субатомных часціц з ядра, які адбываецца з велізарнай хуткасцю. У выніку атам або яго ізатоп можа ператварыцца з аднаго хімічнага элемента ў іншы. Альфа і бэта-распаду ядраў характэрныя для нестабільных элементаў. Да іх адносяцца ўсе атамы з зарадавых лікам больш за 83 і масавым лікам, якія перавышаюць 209.

Умовы ўзнікнення рэакцыі

Распад, падобна як і іншыя радыёактыўныя ператварэнням, бывае натуральным і штучным. Апошні адбываецца з-за патраплення ў ядро якой-небудзь старонняй часціцы. Колькі альфа і бэта-распаду здольны зведаць атам - залежыць толькі ад таго, як хутка будзе дасягнута стабільны стан.

Пры натуральных абставінах сустракаецца альфа і бэта-мінус распаду.

Пры штучных умовах прысутнічае нейтронаў, пазітронна, пратонны і іншыя, больш рэдкія разнавіднасці распадаў і ператварэнняў ядраў.

Дадзеныя назвы даў Эрнэст Радэрфорд, які займаўся вывучэннем радыеактыўнага выпраменьвання.

Адрозненне паміж стабільным і нестабільным ядром

Здольнасць да распаду наўпрост залежыць ад стану атама. Так званае "стабільнае" ці нерадыёактыўных ядро ўласціва нераспадающимся атама. У тэорыі назіранне за такімі элементамі можна весці да бясконцасці, каб канчаткова пераканацца ў іх стабільнасці. Патрабуецца гэта для таго, каб аддзяліць такія ядра ад нестабільных, якія маюць вельмі доўгі перыяд паўраспаду.

Па памылцы такі "запаволены" атам можна прыняць за стабільны. Аднак яркім прыкладам можа стаць теллур, а больш канкрэтна, яго ізатоп з нумарам 128, які мае перыяд паўраспаду ў 2,2 × 10 ²⁴ гадоў. Гэты выпадак не адзінкавы. Лантан-138 схільны паўраспаду, тэрмін якога складае 10 ¹¹ гадоў. Гэты тэрмін у трыццаць разоў перавышае ўзрост існуючай сусвету.

Сутнасць радыеактыўнага распаду

Дадзены працэс адбываецца адвольна. Кожны які распадаецца радыенуклідаў набывае хуткасць, якая з'яўляецца канстантай для кожнага выпадку. Хуткасць распаду не можа змяніцца пад уплывам знешніх фактараў. Усё роўна, будзе адбывацца рэакцыя пад уздзеяннем велізарнай гравітацыйнай сілы, пры абсалютным нулі, у электрычным і магнітным полі, падчас якой-небудзь хімічнай рэакцыі і іншае. Паўплываць на працэс можна толькі прамым уздзеяннем на нутро атамнага ядра, што практычна немагчыма. Рэакцыя спантанная і залежыць толькі ад атама, у якім працякае, і яго ўнутранага стану.

Пры згадванні радыеактыўных распадаў часта сустракаецца тэрмін "радыенуклідаў". Тым, хто не знаёмы з ім, варта ведаць, што дадзенае слова пазначае групу атамаў, якія маюць радыеактыўныя ўласцівасці, уласнае масавае лік, атамны нумар і энергетычны статус.

Розныя радыёнукліды прымяняюцца ў тэхнічных, навуковых і іншых сферах жыццядзейнасці чалавека. Да прыкладу, у медыцыне дадзеныя элементы выкарыстоўваюцца пры дыягнаставанні захворванняў, апрацоўцы лекаў, інструментаў і іншых прадметаў. Маецца нават шэраг лячэбных і прагнастычных радиопрепаратов.

Не менш важным з'яўляецца і вызначэнне ізатопа. Гэтым словам называюць асаблівую разнавіднасць атамаў. Яны маюць аднолькавы атамны нумар, як у звычайнага элемента, аднак выдатнае масавае лік. Выклікана гэта адрозненне колькасцю нейтронаў, якія не ўплываюць на зарад, як пратоны і электроны, але мяняюць масу. Да прыкладу, у простага вадароду іх маецца цэлых 3. Гэта адзіны элемент, ізатопа якога былі прысвоены назвы: дэйтэрый, трыцій (адзіны радыеактыўны) і супраць. У астатніх выпадках імёны даюцца ў адпаведнасці з атамнымі масамі і асноўным элементам.

Альфа-распад

Гэта выгляд радыёактыўнай рэакцыі. Характэрны для натуральных элементаў з шостага і сёмага перыяду табліцы хімічных элементаў Мендзялеева. Асабліва для штучных або трансуранавых элементаў.

Элементы, схільныя альфа-распаду

У лік металаў, для якіх характэрны дадзены распад, адносяць торый, уран і іншыя элементы шостага і сёмага перыяду з перыядычнай табліцы хімічных элементаў, лічачы ад вісмута. Таксама працэсу падвяргаюцца ізатопы з ліку цяжкіх элементаў.

Што адбываецца падчас рэакцыі?

Пры альфа-распадзе пачынаецца выпусканне з ядра часціц, якія складаюцца з 2 пратонаў і пары нейтронаў. Сама выдаткоўваецца часціца з'яўляецца ядром атама гелія, з масай 4 адзінкі і зарадам +2.

У выніку ўзнікае новы элемент, які размешчаны на дзве клеткі лявей зыходнага у перыядычным табліцы. Такое размяшчэнне вызначаецца тым, што зыходны атам страціў 2 пратона і разам з гэтым - пачатковы зарад. У выніку маса ўзнік ізатопа на 4 масавыя адзінкі памяншаецца па параўнанні з першапачатковым станам.

прыклады

Падчас такога распаду з ўрану утворыцца торый. З торыя з'яўляецца радый, зь яго - радон, які ў выніку дае палоній, і ў канцы - свінец. Пры гэтым у працэсе ўзнікаюць ізатопы гэтых элементаў, а не яны самі. Так, атрымліваецца уран-238, торый-234, радый-230, радон-236 і далей, аж да ўзнікнення стабільнага элемента. Формула такой рэакцыі выглядае наступным чынам:

Th-234 -> Ra-230 -> Rn-226 -> Po-222 -> Pb-218

Хуткасць выдзеленай альфа-часціцы ў момант выпускання складае ад 12 да 20 тыс. Км / сек. Знаходзячыся ў вакууме, такая часціца абагнула бы зямны шар за 2 секунды, рухаючыся па экватары.

Бэта-распад

Адрозненне гэтай часціцы ад электрона - у месцы з'яўлення. Распад бэта ўзнікае ў ядры атама, а не электроннай абалонцы, навакольнага яго. Часцей за ўсё сустракаецца з усіх існых радыеактыўных ператварэнняў. Яго можна назіраць практычна ва ўсіх існых у цяперашні час хімічных элементаў. З гэтага вынікае, што ў кожнага элемента маецца хаця б адзін схільны распаду ізатоп. У большасці выпадкаў у выніку бэта-распаду адбываецца бэта-мінус разлажэнне.

праходжанне рэакцыі

Пры дадзеным працэсе адбываецца выкіданне з ядра электрона, які ўзнік з-за самаадвольнага ператварэння нейтрона ў электрон і пратон. Пры гэтым пратоны за кошт большай масы застаюцца ў ядры, а электрон, званы бэта-мінус часціцай, пакідае атам. І паколькі пратонаў стала больш на адзінку, ядро самога элемента змяняецца ў большы бок і размяшчаецца справа ад зыходнага у перыядычным табліцы.

прыклады

Распад бэта з каліем-40 ператварае яго ў ізатоп кальцыя, які размешчаны справа. Радыеактыўны кальцый-47 становіцца Сканда-47, які можа ператварыцца ў стабільны тытан-47. Як выглядае такой бэта-распад? формула:

Ca-47 -> Sc-47 -> Ti-47

Хуткасць вылету бэта-часціцы складае 0,9 ад хуткасці святла, роўнай 270 тыс. Км / сек.

У прыродзе бэта-актыўных нуклідаў не занадта шмат. Значных з іх даволі мала. Прыкладам можа паслужыць калій-40, якога ў натуральнай сумесі змяшчаецца толькі 119/10000. Таксама натуральнымі бэта-мінус-актыўнымі радыёнуклідамі з ліку значных з'яўляюцца прадукты альфа і бэта-распад ўрану і торыя.

Распад бэта мае тыповы прыклад: торый-234, які пры альфа-распадзе ператвараецца ў протактиний-234, а затым такім жа чынам становіцца уранам, але іншым яго ізатопам пад нумарам 234. Гэты уран-234 зноў з-за альфа-распаду становіцца торием , але ўжо іншай яго разнавіднасцю. Затым гэты торый-230 становіцца радыем-226, які ператвараецца ў радон. І ў той жа паслядоўнасці, аж да талію, толькі з рознымі бэта-пераходамі таму. Заканчваецца гэты радыеактыўны бэта-распад узнікненнем стабільнага свінцу-206. Гэта ператварэнне мае наступную формулу:

Th-234 -> Pa-234 -> U-234 -> Th-230 -> Ra-226 -> Rn-222 -> At-218 -> Po-214 -> Bi-210 -> Pb-206

Натуральнымі і значнымі бэта-актыўнымі радыёнуклідамі з'яўляюцца К-40 і элементы ад талію да ўрану.

Распад бэта-плюс

Таксама існуе бэта-плюс ператварэнне. Яно таксама называецца пазітронна бэта-распад. У ім адбываецца выпусканне з ядра часціцы пад назвай пазітронна. Вынікам становіцца ператварэнне зыходнага элемента ў які стаіць злева, які мае меншы нумар.

прыклад

Калі адбываецца электронны бэта-распад, магній-23 становіцца стабільным ізатопам натрыю. Радыеактыўны эўропій-150 становіцца Самару-150.

Якая ўзнікла рэакцыя бэта-распаду можа стварыць бэта + і бэта- выпускання. Хуткасць вылету часціц у абодвух выпадках роўная 0,9 ад хуткасці святла.

Іншыя радыёактыўныя распаду

Не лічачы такіх рэакцый, як альфа-распад і бэта-распад, формула якіх шырока вядомая, існуюць і іншыя, больш рэдкія і характэрныя для штучных радыенуклідаў працэсы.

Нейтронная распад. Адбываецца выпусканне нейтральнай часціцы 1 адзінкі масы. Падчас яго адзін ізатоп ператвараецца ў іншы з меншай масавым лікам. Прыкладам можа стаць ператварэнне літыя-9 у літый-8, гелія-5 у гелій-4.

Пры апрамяненні гама-квантамі стабільнага ізатопа ёду-127 ён становіцца ізатопам з нумарам 126 і набывае радыеактыўнасць.

Пратонны распад. Сустракаецца вельмі рэдка. Падчас яго адбываецца выпусканне пратона, які мае зарад +1 і 1 адзінку масы. Атамны вага становіцца менш на адно значэнне.

Любое радыеактыўнае ператварэнне, у прыватнасці, радыеактыўныя распаду, суправаджаюцца вылучэннем энергіі ў форме гама-выпраменьвання. Яго называюць гама-квантамі. У некаторых выпадках назіраецца рэнтгенаўскае выпраменьванне, якое мае меншую энергію.

Гама распад. Ўяўляе сабой струмень гама-квантаў. З'яўляецца электрамагнітным выпраменьваннем, больш жорсткім, чым рэнтгенаўскае, якое ўжываецца ў медыцыне. У выніку з'яўляюцца гама-кванты, або патокі энергіі з атамнага ядра. Рэнтгенаўскае выпраменьванне таксама з'яўляецца электрамагнітным, але ўзнікае з электронных абалонак атама.

Прабег альфа-часціц

Альфа-часціцы з масай ад 4 атамных адзінак і зарадам +2 рухаюцца прамалінейна. З-за гэтага можна казаць пра прабег альфа-часціц.

Значэнне прабегу залежыць ад першапачатковай энергіі і вагаецца ад 3 да 7 (часам 13) см у паветры. У шчыльнай асяроддзі складае сотую долю ад міліметра. Падобнае выпраменьванне не можа прабіць ліст паперы і чалавечую скуру.

З-за ўласнай масы і зарадавых колькасці альфа-часціца мае найбольшую іянізавальны здольнасць і руйнуе ўсё на шляху. У сувязі з гэтым альфа-радыёнукліды найбольш небяспечныя для людзей і жывёл пры ўздзеянні на арганізм.

Пранікальная здольнасць бэта-часціц

У сувязі з малым масавым лікам, якое ў 1836 разоў менш пратона, адмоўным зарадам і памерам, бэта-выпраменьванне аказвае слабое дзеянне на рэчыва, праз якое пралятае, але прытым палёт даўжэй. Таксама шлях часціцы не прамалінейны. У сувязі з гэтым кажуць пра пранікальнай здольнасцю, якая залежыць ад атрыманай энергіі.

Пранікальныя здольнасці ў бэта-часціц, якія ўзніклі падчас радыеактыўнага распаду, у паветры дасягаюць 2,3 м, у вадкасцях падлік вядзецца ў сантыметрах, а ў цвёрдых целах - у долях ад сантыметра. Тканіны арганізма чалавека прапускаюць выпраменьванне на 1,2 см у глыбіню. Для абароны ад бэта-выпраменьвання можа паслужыць просты пласт вады да 10 см. Паток часціц з досыць вялікай энергіяй распаду ў 10 МЭВ амаль увесь паглынаецца такімі пластамі: паветра - 4 м; алюміній - 2,2 см; жалеза - 7,55 мм; свінец - 5,2 мм.

Улічваючы малыя памеры, часціцы бэта-выпраменьвання маюць малую іянізавальны здольнасць па параўнанні з альфа-часціцамі. Аднак пры трапленні ўнутр яны нашмат больш небяспечны, чым падчас знешняга апраменьвання.

Найбольшыя пранікальныя паказчыкі сярод усіх відаў выпраменьванняў у цяперашні час мае нейтронаў і гама. Прабег гэтых выпраменьванняў у паветры часам дасягае дзясяткаў і сотняў метраў, але з меншымі іянізавальны паказчыкамі.

Большасць ізатопаў гама-квантаў па энергіі не перавышаюць паказчыкаў у 1,3 МЭВ. Зрэдку дасягаюцца значэння ў 6,7 МЭВ. У сувязі з гэтым для абароны ад такога выпраменьвання выкарыстоўваюцца пласты з сталі, бетону і свінцу для кратнасці паслаблення.

Да прыкладу, каб дзесяціразова аслабіць гама-выпраменьвання кобальту, неабходная свінцовая абарона таўшчынёй каля 5 см, для 100-кратнага паслаблення спатрэбіцца 9,5 см. Бетонная абарона складзе 33 і 55 см, а водная - 70 і 115 см.

Іянізавальныя паказчыкі нейтронаў залежаць ад іх энергетычных паказчыкаў.

Пры любой сітуацыі лепшым ахоўным метадам ад выпраменьвання стане максімальную аддаленне ад крыніцы і як мага меншае баўленне часу ў зоне высокай радыяцыі.

Дзяленне ядраў атамаў

Пад дзяленнем ядраў атамаў маецца на ўвазе самаадвольнае, або пад уплывам нейтронаў, падзел ядра на дзве часткі, прыкладна роўныя па памерах.

Гэтыя дзве часткі становяцца радыёактыўнымі ізатопамі элементаў з асноўнай часткі табліцы хімічных элементаў. Пачынаюцца ад медзі да лантаноидов.

Падчас вылучэння вырываецца пара лішніх нейтронаў і ўзнікае лішак энергіі ў форме гама-квантаў, які значна больш, чым пры радыеактыўным распадзе. Так, пры адным акце радыеактыўнага распаду ўзнікае адзін гама-квант, а падчас акту дзялення з'яўляецца 8,10 гама-квантаў. Таксама якія разляцеліся аскепкі маюць вялікую кінэтычную энергію, пераходную ў цеплавыя паказчыкі.

Вызваленыя нейтроны здольныя справакаваць падзел пары аналагічных ядраў, калі яны размешчаны паблізу і нейтроны ў іх трапілі.

У сувязі з гэтым узнікае верагоднасць узнікнення разветвляется, паскараюцца ланцуговай рэакцыі падзелу атамных ядраў і стварэння вялікай колькасці энергіі.

Калі такая ланцуговая рэакцыя знаходзіцца пад кантролем, то яе можна выкарыстоўваць у пэўных мэтах. Да прыкладу, для ацяплення або электраэнергіі. Такія працэсы праводзяцца на атамных электрастанцыях і рэактарах.

Калі страціць кантроль над рэакцыяй, то здарыцца ядзерны выбух. Падобнае ўжываецца ў ядзерную зброю.

У натуральных умовах маецца толькі адзін элемент - уран, які мае толькі адзін дзелячы ізатоп з нумарам 235. Ён з'яўляецца збройны.

У звычайным уранавай атамным рэактары з ўрану-238 пад уплывам нейтронаў ўтвараюць новы ізатоп пад нумарам 239, а з яго - плутоній, які з'яўляецца штучным і не сустракаецца ў натуральных умовах. Пры гэтым ўзнік плутоній-239 ўжываецца ў збройных мэтах. Гэты працэс дзялення атамных ядраў з'яўляецца сутнасцю ўсяго атамнай зброі і энергетыкі.

Такія з'явы, як альфа-распад і бэта-распад, формула якіх вывучаецца ў школе, шырока распаўсюджаных у наш час. Дзякуючы дадзеным рэакцыям, існуюць атамныя электрастанцыі і многія іншыя вытворчасці, заснаваныя на ядзернай фізіцы. Аднак не варта забываць пра радыеактыўнасць многіх такіх элементаў. Пры працы з імі патрабуецца спецыяльная абарона і захаванне ўсіх мер засцярогі. У адваротным выпадку гэта можа прывесці да непапраўнай катастрофе.