Bức xạ alpha và beta thường được gọi là sự phân rã phóng xạ. Đây là một quá trình là sự phát xạ các hạt hạ nguyên tử từ hạt nhân, xảy ra với tốc độ cực lớn. Kết quả là một nguyên tử hoặc đồng vị của nó có thể thay đổi từ nguyên tố hóa học này sang nguyên tố hóa học khác. Sự phân rã alpha và beta của hạt nhân là đặc trưng của các nguyên tố không ổn định. Chúng bao gồm tất cả các nguyên tử có số điện tích lớn hơn 83 và số khối lớn hơn 209.
Điều kiện phản ứng
Sự phân hủy, giống như các quá trình biến đổi phóng xạ khác, là tự nhiên và nhân tạo. Loại thứ hai xảy ra do sự xâm nhập của một số hạt lạ vào hạt nhân. Mức độ phân rã alpha và beta mà một nguyên tử có thể trải qua chỉ phụ thuộc vào việc sớm đạt được trạng thái ổn định.
Trong các trường hợp tự nhiên, sự phân rã alpha và beta trừ đi xảy ra.
Trong các điều kiện nhân tạo, neutron, positron, proton và các dạng phân rã và biến đổi hạt nhân hiếm gặp hơn.
Những cái tên này được đặt bởi Ernest Rutherford, người đã nghiên cứu về bức xạ phóng xạ.
Sự khác biệt giữa ổn định và không ổn địnhcốt lõi
Khả năng phân rã trực tiếp phụ thuộc vào trạng thái của nguyên tử. Cái gọi là hạt nhân "ổn định" hay không phóng xạ là đặc điểm của nguyên tử không phân rã. Về lý thuyết, các yếu tố như vậy có thể được quan sát vô thời hạn để cuối cùng được thuyết phục về sự ổn định của chúng. Điều này là cần thiết để tách những hạt nhân như vậy khỏi những hạt không ổn định, có chu kỳ bán rã cực kỳ dài.
Do nhầm lẫn, một nguyên tử "chậm" như vậy có thể bị nhầm với một nguyên tử ổn định. Tuy nhiên, tellurium, và cụ thể hơn, đồng vị số 128 của nó, có chu kỳ bán rã 2,2 · 1024năm, có thể là một ví dụ nổi bật. Trường hợp này không phải là cá biệt. Lantan-138 có chu kỳ bán rã 1011năm. Khoảng thời gian này gấp ba mươi lần tuổi của vũ trụ hiện tại.
Bản chất của sự phân rã phóng xạ
Quá trình này xảy ra ngẫu nhiên. Mỗi hạt nhân phóng xạ phân rã thu được một tốc độ không đổi cho mỗi trường hợp. Tốc độ phân rã không thể thay đổi dưới tác động của các yếu tố bên ngoài. Không quan trọng nếu một phản ứng xảy ra dưới tác động của một lực hấp dẫn khổng lồ, ở độ không tuyệt đối, trong điện trường và từ trường, trong bất kỳ phản ứng hóa học nào, v.v. Quá trình này chỉ có thể bị ảnh hưởng bởi tác động trực tiếp vào bên trong hạt nhân nguyên tử, điều này trên thực tế là không thể. Phản ứng là tự phát và chỉ phụ thuộc vào nguyên tử mà nó tiến hành và trạng thái bên trong của nó.
Khi đề cập đến sự phân rã phóng xạ, thuật ngữ "hạt nhân phóng xạ" thường được sử dụng. Đối với những người khôngquen thuộc với nó, bạn nên biết rằng từ này biểu thị một nhóm nguyên tử có tính chất phóng xạ, số khối, số nguyên tử và trạng thái năng lượng của riêng chúng.
Hạt nhân phóng xạ khác nhau được sử dụng trong các lĩnh vực kỹ thuật, khoa học và các lĩnh vực khác của đời sống con người. Ví dụ, trong y học, các yếu tố này được sử dụng để chẩn đoán bệnh, chế biến thuốc, dụng cụ và các vật dụng khác. Thậm chí còn có một số loại thuốc vô tuyến điều trị và tiên lượng.
Không kém phần quan trọng là định nghĩa của đồng vị. Từ này dùng để chỉ một loại nguyên tử đặc biệt. Chúng có cùng số nguyên tử với một nguyên tố thông thường, nhưng khác số khối. Sự khác biệt này là do số lượng neutron, không ảnh hưởng đến điện tích, giống như proton và electron, nhưng thay đổi khối lượng của chúng. Ví dụ, hydro đơn giản có bao nhiêu trong số đó là 3. Đây là nguyên tố duy nhất có các đồng vị được đặt tên: đơteri, triti (một chất phóng xạ duy nhất) và proti. Trong các trường hợp khác, tên được đặt theo khối lượng nguyên tử và nguyên tố chính.
Phân rã alpha
Đây là một loại phản ứng phóng xạ. Nó là điển hình cho các nguyên tố tự nhiên từ chu kỳ thứ sáu và thứ bảy của bảng tuần hoàn các nguyên tố hóa học. Đặc biệt là đối với các nguyên tố nhân tạo hoặc transuranium.
Các phần tử bị phân rã alpha
Số lượng kim loại được đặc trưng bởi sự phân rã này bao gồm thori, uranium và các nguyên tố khác thuộc chu kỳ thứ sáu và thứ bảy trong bảng tuần hoàn các nguyên tố hóa học, tính từ bitmut. Quá trình này cũng trải qua các đồng vị từ trong số cáccác mặt hàng.
Điều gì xảy ra trong một phản ứng?
Khi bắt đầu phân rã alpha, sự phát xạ từ hạt nhân của các hạt gồm 2 proton và một cặp neutron. Bản thân hạt phát ra là hạt nhân của nguyên tử heli, có khối lượng 4 đơn vị và điện tích + 2.
Kết quả là một nguyên tố mới xuất hiện, nguyên tố này nằm ở hai ô bên trái của nguyên tố ban đầu trong bảng tuần hoàn. Sự sắp xếp này được xác định bởi thực tế là nguyên tử ban đầu đã mất đi 2 proton và cùng với nó - điện tích ban đầu. Kết quả là khối lượng của đồng vị tạo thành giảm 4 đơn vị khối lượng so với trạng thái ban đầu.
Ví dụ
Trong quá trình phân rã này, thorium được hình thành từ uranium. Từ thorium sinh ra radium, từ nó sinh ra radon, cuối cùng tạo ra polonium, và cuối cùng là chì. Trong quá trình này, các đồng vị của các nguyên tố này được hình thành, chứ không phải chính chúng. Vì vậy, hóa ra uranium-238, thorium-234, radium-230, radon-236, v.v., giống như một nguyên tố ổn định. Công thức của phản ứng như sau:
Th-234 -> Ra-230 -> Rn-226 -> Po-222 -> Pb-218
Tốc độ của hạt alpha được chọn tại thời điểm phát xạ là từ 12 đến 20 nghìn km / giây. Ở trong chân không, một hạt như vậy sẽ quay quanh địa cầu trong 2 giây, di chuyển dọc theo đường xích đạo.
Beta Decay
Sự khác biệt giữa hạt này và electron là ở vị trí xuất hiện. Sự phân rã beta xảy ra trong hạt nhân của một nguyên tử, không phải trong lớp vỏ electron bao quanh nó. Phổ biến nhất của tất cả các biến đổi phóng xạ hiện có. Nó có thể được quan sát thấy ở hầu hết tất cả hiện đang tồn tạicác nguyên tố hóa học. Từ đó mỗi nguyên tố có ít nhất một đồng vị bị phân rã. Trong hầu hết các trường hợp, phân rã beta dẫn đến phân rã beta trừ.
Luồng phản ứng
Trong quá trình này, một điện tử bị đẩy ra khỏi hạt nhân, điều này đã phát sinh do sự biến đổi tự phát của một nơtron thành một điện tử và một proton. Trong trường hợp này, do khối lượng lớn hơn, các proton vẫn còn trong hạt nhân, và electron, được gọi là hạt trừ beta, rời khỏi nguyên tử. Và vì có nhiều proton hơn trên một đơn vị, nên hạt nhân của nguyên tố tự thay đổi hướng lên trên và nằm ở bên phải của nguyên tố trong bảng tuần hoàn.
Ví dụ
Sự phân hủy của beta với kali-40 biến nó thành một đồng vị canxi, nằm ở bên phải. Canxi-47 phóng xạ trở thành scandium-47, có thể chuyển thành titan-47 ổn định. Sự phân rã beta này trông như thế nào? Công thức:
Ca-47 -> Sc-47 -> Ti-47
Tốc độ của hạt beta gấp 0,9 lần tốc độ ánh sáng, tức là 270.000 km / giây.
Không có quá nhiều nuclide hoạt động beta trong tự nhiên. Có rất ít những cái đáng kể. Một ví dụ là kali-40, chỉ có 119 / 10.000 trong hỗn hợp tự nhiên. Ngoài ra, trong số các hạt nhân phóng xạ hoạt động beta-trừ tự nhiên đáng kể là các sản phẩm phân rã alpha và beta của uranium và thorium.
Phân rã beta có một ví dụ điển hình: thorium-234, trong phân rã alpha biến thành protactinium-234, và sau đó theo cách tương tự trở thành uranium, nhưng đồng vị khác của nó là số 234. Uranium-234 này lại do alpha phân rã trở thànhthorium, nhưng đã có nhiều loại khác nhau của nó. Thorium-230 này sau đó trở thành radium-226, biến thành radon. Và trong cùng một trình tự, cho đến thallium, chỉ với các chuyển đổi beta khác nhau trở lại. Sự phân rã beta phóng xạ này kết thúc với sự hình thành của chì ổn định-206. Phép biến đổi này có công thức sau:
Th-234 -> Pa-234 -> U-234 -> Th-230 -> Ra-226 -> Rn-222 -> At-218 -> Po-214 -> Bi-210 -> Pb-206
Hạt nhân phóng xạ hoạt động beta tự nhiên và quan trọng là K-40 và các nguyên tố từ thallium đến uranium.
Phân rã beta-plus
Ngoài ra còn có một phiên bản beta cộng với chuyển đổi. Nó còn được gọi là phân rã positron beta. Nó phát ra một hạt gọi là positron từ hạt nhân. Kết quả là sự biến đổi phần tử ban đầu thành phần tử bên trái, có số thấp hơn.
Ví dụ
Khi xảy ra phân rã beta electron, magie-23 trở thành đồng vị bền của natri. Chất phóng xạ europium-150 trở thành samarium-150.
Kết quả là phản ứng phân rã beta có thể tạo ra phát thải beta + và beta-. Tốc độ thoát của hạt trong cả hai trường hợp đều bằng 0,9 lần tốc độ ánh sáng.
Sự phân rã phóng xạ khác
Ngoài các phản ứng như phân rã alpha và phân rã beta, công thức của chúng được biết đến rộng rãi, còn có các quá trình khác hiếm hơn và đặc trưng hơn của các hạt nhân phóng xạ nhân tạo.
Phân rã neutron. Một hạt trung hòa có khối lượng 1 đơn vị được phát raquần chúng. Trong quá trình đó, một đồng vị biến thành một đồng vị khác có số khối nhỏ hơn. Một ví dụ sẽ là sự chuyển đổi lithium-9 thành lithium-8, heli-5 thành heli-4.
Khi một đồng vị ổn định của iốt-127 được chiếu xạ bằng tia gamma, nó trở thành đồng vị số 126 và thu được độ phóng xạ.
Phân rã proton. Nó cực kỳ hiếm. Trong quá trình đó, một proton được phát ra, có điện tích +1 và 1 đơn vị khối lượng. Khối lượng nguyên tử giảm một giá trị.
Bất kỳ sự biến đổi phóng xạ nào, cụ thể là sự phân rã phóng xạ, đều kèm theo sự giải phóng năng lượng dưới dạng bức xạ gamma. Họ gọi nó là tia gamma. Trong một số trường hợp, tia X năng lượng thấp hơn được quan sát thấy.
Phân rã gamma. Nó là một dòng lượng tử gamma. Đó là bức xạ điện từ, khó hơn tia X, được sử dụng trong y học. Kết quả là, lượng tử gamma xuất hiện, hay dòng năng lượng từ hạt nhân nguyên tử. Tia X cũng là tia điện từ nhưng bắt nguồn từ các lớp vỏ electron của nguyên tử.
Hạt alpha chạy
Các hạt anpha có khối lượng 4 đơn vị nguyên tử và điện tích +2 chuyển động thẳng đều. Do đó, chúng ta có thể nói về phạm vi của các hạt alpha.
Giá trị của lần chạy phụ thuộc vào năng lượng ban đầu và dao động từ 3 đến 7 (đôi khi 13) cm trong không khí. Trong môi trường đậm đặc, nó là một phần trăm milimét. Bức xạ như vậy không thể xuyên qua một tấmgiấy và da người.
Vì khối lượng và số điện tích riêng, hạt alpha có sức mạnh ion hóa cao nhất và phá hủy mọi thứ trên đường đi của nó. Về mặt này, các hạt nhân phóng xạ alpha là nguy hiểm nhất đối với con người và động vật khi tiếp xúc với cơ thể.
Sự thâm nhập của hạt beta
Do khối lượng nhỏ, nhỏ hơn proton 1836 lần, điện tích âm và kích thước, bức xạ beta có tác dụng yếu đối với chất mà nó bay qua, nhưng hơn nữa, chuyến bay dài hơn. Ngoài ra đường đi của hạt không thẳng. Về mặt này, họ nói về khả năng xuyên thấu, phụ thuộc vào năng lượng nhận được.
Sức xuyên của các hạt beta sinh ra trong quá trình phân rã phóng xạ đạt 2,3 m trong không khí, trong chất lỏng được tính bằng cm và trong chất rắn - bằng phần nhỏ của cm. Các mô của cơ thể con người truyền bức xạ sâu 1,2 cm. Để bảo vệ chống lại bức xạ beta, có thể sử dụng một lớp nước đơn giản lên đến 10 cm Dòng các hạt có năng lượng phân rã đủ lớn 10 MeV hầu như bị hấp thụ hoàn toàn bởi các lớp như: không khí - 4 m; nhôm - 2,2 cm; sắt - 7,55 mm; chì - 5, 2 mm.
Với kích thước nhỏ của chúng, các hạt bức xạ beta có khả năng ion hóa thấp so với các hạt alpha. Tuy nhiên, khi uống vào cơ thể, chúng nguy hiểm hơn nhiều so với khi tiếp xúc với bên ngoài.
Nơtron và gamma hiện có hiệu suất xuyên cao nhất trong tất cả các loại bức xạ. Phạm vi của những bức xạ này trong không khí đôi khi lên tới hàng chục và hàng trămmét, nhưng với hiệu suất ion hóa thấp hơn.
Hầu hết các đồng vị của tia gamma có năng lượng không vượt quá 1,3 MeV. Hiếm khi đạt đến giá trị 6,7 MeV. Về vấn đề này, để bảo vệ khỏi bức xạ như vậy, các lớp thép, bê tông và chì được sử dụng cho hệ số suy giảm.
Ví dụ, để làm giảm bức xạ gamma coban gấp 10 lần, cần có tấm chắn chì dày khoảng 5 cm, đối với độ suy giảm 100 lần thì cần 9,5 cm. Tấm chắn bê tông sẽ là 33 và 55 cm, và nước - 70 và 115 cm.
Hiệu suất ion hóa của neutron phụ thuộc vào hiệu suất năng lượng của chúng.
Trong mọi tình huống, cách tốt nhất để bảo vệ khỏi bức xạ là tránh xa nguồn phát ra nhất có thể và dành ít thời gian nhất có thể ở khu vực có bức xạ cao.
Sự phân hạch của các hạt nhân nguyên tử
Dưới sự phân hạch của các hạt nhân nguyên tử có nghĩa là tự phát, hoặc dưới ảnh hưởng của neutron, sự phân chia hạt nhân thành hai phần, có kích thước xấp xỉ bằng nhau.
Hai phần này trở thành đồng vị phóng xạ của các nguyên tố từ phần chính của bảng các nguyên tố hóa học. Bắt đầu từ đồng đến đèn lồng.
Trong quá trình giải phóng, một vài nơtron thừa thoát ra và dư thừa năng lượng ở dạng lượng tử gamma, lớn hơn nhiều so với trong quá trình phân rã phóng xạ. Vì vậy, trong một hành động phân rã phóng xạ, một lượng tử gamma xuất hiện, và trong hành động phân hạch, 8, 10 lượng tử gamma xuất hiện. Ngoài ra, các mảnh phân tán có động năng lớn, biến thành các chất chỉ thị nhiệt.
Các neutron được giải phóng có khả năng gây ra sự phân tách của một cặp hạt nhân giống nhau nếu chúng nằm gần nhau và các neutron va vào chúng.
Điều này làm tăng khả năng xảy ra phản ứng dây chuyền phân nhánh, tăng tốc phân tách các hạt nhân nguyên tử và tạo ra một lượng lớn năng lượng.
Khi phản ứng dây chuyền như vậy được kiểm soát, nó có thể được sử dụng cho những mục đích nhất định. Ví dụ, để sưởi ấm hoặc điện. Các quy trình như vậy được thực hiện tại các nhà máy điện hạt nhân và lò phản ứng.
Nếu bạn mất kiểm soát phản ứng, một vụ nổ nguyên tử sẽ xảy ra. Tương tự được sử dụng trong vũ khí hạt nhân.
Trong điều kiện tự nhiên, chỉ có một nguyên tố - uranium, chỉ có một đồng vị phân hạch với số 235. Nó là cấp vũ khí.
Trong một lò phản ứng nguyên tử uranium thông thường từ uranium-238, dưới ảnh hưởng của neutron, chúng tạo thành một đồng vị mới ở số 239, và từ nó - plutonium, là nhân tạo và không xảy ra tự nhiên. Trong trường hợp này, plutonium-239 thu được được sử dụng cho mục đích vũ khí. Quá trình phân hạch này của các hạt nhân nguyên tử là bản chất của tất cả các loại vũ khí và năng lượng nguyên tử.
Các hiện tượng như phân rã alpha và phân rã beta, công thức được nghiên cứu trong trường học, đang phổ biến trong thời đại chúng ta. Nhờ những phản ứng này mà có nhà máy điện hạt nhân và nhiều ngành công nghiệp khác dựa trên vật lý hạt nhân. Tuy nhiên, đừng quên về tính phóng xạ của nhiều nguyên tố này. Khi làm việc với chúng, cần phải có biện pháp bảo vệ đặc biệt và tuân thủ tất cả các biện pháp phòng ngừa. Nếu không, điều này có thể dẫn đếnthảm họa không thể khắc phục được.
