Rrezatimi alfa dhe beta në përgjithësi quhen prishje radioaktive. Ky është një proces që është emetimi i grimcave nënatomike nga bërthama, që ndodh me një shpejtësi të jashtëzakonshme. Si rezultat, një atom ose izotopi i tij mund të ndryshojë nga një element kimik në tjetrin. Zbërthimet alfa dhe beta të bërthamave janë karakteristikë e elementeve të paqëndrueshme. Këto përfshijnë të gjithë atomet me një numër ngarkese më të madh se 83 dhe një numër masiv më të madh se 209.
Kushtet e reagimit
Zbërthimi, si transformimet e tjera radioaktive, është i natyrshëm dhe artificial. Kjo e fundit ndodh për shkak të hyrjes së disa grimcave të huaja në bërthamë. Sa kalbje alfa dhe beta mund të pësojë një atom varet vetëm nga sa shpejt arrihet një gjendje e qëndrueshme.
Në rrethana natyrore ndodhin kalbje alfa dhe beta minus.
Në kushte artificiale, neutron, pozitron, proton dhe lloje të tjera, më të rralla të zbërthimit dhe transformimeve të bërthamave janë të pranishme.
Këta emra u dhanë nga Ernest Rutherford, i cili studioi rrezatimin radioaktiv.
Dallimi midis të qëndrueshme dhe të paqëndrueshmebërthamë
Aftësia për t'u zbërthyer varet drejtpërdrejt nga gjendja e atomit. E ashtuquajtura bërthama "e qëndrueshme" ose jo radioaktive është karakteristikë e atomeve që nuk kalben. Në teori, elementë të tillë mund të vëzhgohen pafundësisht në mënyrë që të binden përfundimisht për qëndrueshmërinë e tyre. Kjo kërkohet për të ndarë bërthamat e tilla nga ato të paqëndrueshme, të cilat kanë një gjysmë jetë jashtëzakonisht të gjatë.
Gabimisht, një atom i tillë "i ngad altë" mund të ngatërrohet me një atom të qëndrueshëm. Megjithatë, teluri, dhe më konkretisht, numri i izotopit të tij 128, i cili ka një gjysmë jetë prej 2,2·1024 vjet, mund të jetë një shembull i mrekullueshëm. Ky rast nuk është i izoluar. Lantanum-138 ka një gjysmë jete prej 10 11 vjet. Kjo periudhë është tridhjetë herë më e madhe se mosha e universit ekzistues.
Esenca e zbërthimit radioaktiv
Ky proces ndodh rastësisht. Çdo radionuklid i kalbur fiton një shpejtësi konstante për çdo rast. Shkalla e kalbjes nuk mund të ndryshojë nën ndikimin e faktorëve të jashtëm. Nuk ka rëndësi nëse një reaksion do të ndodhë nën ndikimin e një force të madhe gravitacionale, në zero absolute, në një fushë elektrike dhe magnetike, gjatë ndonjë reaksioni kimik e kështu me radhë. Procesi mund të ndikohet vetëm nga ndikimi i drejtpërdrejtë në brendësi të bërthamës atomike, gjë që është praktikisht e pamundur. Reaksioni është spontan dhe varet vetëm nga atomi në të cilin vazhdon dhe gjendja e tij e brendshme.
Kur i referohemi zbërthimeve radioaktive, shpesh përdoret termi "radionuklid". Për ata që nuk janëtë njohur me të, duhet të dini se kjo fjalë tregon një grup atomesh që kanë veti radioaktive, numrin e tyre masiv, numrin atomik dhe statusin e energjisë.
Radionuklide të ndryshëm përdoren në fusha teknike, shkencore dhe fusha të tjera të jetës njerëzore. Për shembull, në mjekësi, këto elemente përdoren në diagnostikimin e sëmundjeve, përpunimin e ilaçeve, mjeteve dhe sendeve të tjera. Madje ka një sërë barnash radioterapeutike dhe prognostike.
Jo më pak i rëndësishëm është përkufizimi i izotopit. Kjo fjalë i referohet një lloji të veçantë atomesh. Ata kanë të njëjtin numër atomik si një element i zakonshëm, por një numër masiv të ndryshëm. Ky ndryshim shkaktohet nga numri i neutroneve, të cilët nuk ndikojnë në ngarkesë, si protonet dhe elektronet, por ndryshojnë masën e tyre. Për shembull, hidrogjeni i thjeshtë ka deri në 3 të tilla. Ky është i vetmi element, izotopeve të të cilit janë emërtuar: deuterium, tritium (i vetmi radioaktiv) dhe protium. Në raste të tjera, emrat jepen sipas masave atomike dhe elementit kryesor.
Zbërthimi i alfa
Ky është një lloj reaksioni radioaktiv. Është tipike për elementët natyrorë nga periudha e gjashtë dhe e shtatë e tabelës periodike të elementeve kimike. Veçanërisht për elementët artificialë ose transuranium.
Elementet që i nënshtrohen kalbjes alfa
Numri i metaleve që karakterizohen nga ky zbërthim përfshin toriumin, uraniumin dhe elementë të tjerë të periudhës së gjashtë dhe të shtatë nga tabela periodike e elementeve kimike, duke llogaritur nga bismuti. Procesi gjithashtu i nënshtrohet izotopeve nga më të rëndatartikuj.
Çfarë ndodh gjatë një reagimi?
Kur fillon zbërthimi alfa, emetimi nga bërthama e grimcave të përbërë nga 2 protone dhe një palë neutrone. Vetë grimca e emetuar është bërthama e një atomi heliumi, me masë 4 njësi dhe ngarkesë +2.
Si rezultat, shfaqet një element i ri, i cili ndodhet dy qeliza në të majtë të origjinalit në tabelën periodike. Ky rregullim përcaktohet nga fakti se atomi origjinal ka humbur 2 protone dhe së bashku me të - ngarkesa fillestare. Si rezultat, masa e izotopit që rezulton reduktohet me 4 njësi masë në krahasim me gjendjen fillestare.
Shembuj
Gjatë këtij kalbjeje, toriumi formohet nga uraniumi. Nga toriumi vjen radiumi, prej tij vjen radoni, i cili përfundimisht jep polonium dhe në fund plumbi. Në këtë proces formohen izotopet e këtyre elementeve dhe jo ato vetë. Pra, rezulton uranium-238, torium-234, radium-230, radon-236 e kështu me radhë, deri në shfaqjen e një elementi të qëndrueshëm. Formula për një reagim të tillë është si më poshtë:
Th-234 -> Ra-230 -> Rn-226 -> Po-222 -> Pb-218
Shpejtësia e grimcës alfa të përzgjedhur në momentin e emetimit është nga 12 deri në 20 mijë km/sek. Duke qenë në vakum, një grimcë e tillë do të rrethonte globin në 2 sekonda, duke lëvizur përgjatë ekuatorit.
Beta Decay
Dallimi midis kësaj grimce dhe një elektroni është në vendin e paraqitjes. Zbërthimi beta ndodh në bërthamën e një atomi, jo në shtresën elektronike që e rrethon atë. Më i zakonshmi nga të gjithë transformimet radioaktive ekzistuese. Mund të vërehet pothuajse në të gjitha ekzistuesetelementet kimike. Nga kjo rezulton se çdo element ka të paktën një izotop që i nënshtrohet zbërthimit. Në shumicën e rasteve, prishja beta rezulton në prishje beta-minus.
Rrjedha e reagimit
Në këtë proces, një elektron nxirret nga bërthama, e cila ka lindur për shkak të transformimit spontan të një neutroni në një elektron dhe një proton. Në këtë rast, për shkak të masës më të madhe, protonet mbeten në bërthamë dhe elektroni, i quajtur grimca beta minus, largohet nga atomi. Dhe meqenëse ka më shumë protone për njësi, bërthama e vetë elementit ndryshon lart dhe ndodhet në të djathtë të origjinalit në tabelën periodike.
Shembuj
Zbërthimi i beta me kalium-40 e kthen atë në një izotop kalciumi, i cili ndodhet në të djathtë. Kalciumi radioaktiv-47 bëhet skandium-47, i cili mund të kthehet në titan-47 të qëndrueshëm. Si duket ky zbërthim beta? Formula:
Ca-47 -> Sc-47 -> Ti-47
Shpejtësia e një grimce beta është 0,9 herë shpejtësia e dritës, që është 270,000 km/sek.
Nuk ka shumë nukleide beta-aktive në natyrë. Ka shumë pak të rëndësishme. Një shembull është kaliumi-40, i cili është vetëm 119/10,000 në një përzierje natyrale. Gjithashtu, ndër radionuklidet e rëndësishme natyrore beta-minus aktive janë produktet e kalbjes alfa dhe beta të uraniumit dhe toriumit.
Zbërthimi beta ka një shembull tipik: toriumi-234, i cili në zbërthimin alfa shndërrohet në protaktinium-234, dhe më pas në të njëjtën mënyrë bëhet uranium, por izotopi tjetër i tij numëron 234. Ky uranium-234 përsëri për shkak të alfa prishja bëhettorium, por tashmë një shumëllojshmëri të ndryshme të tij. Ky torium-230 më pas bëhet radium-226, i cili shndërrohet në radon. Dhe në të njëjtën sekuencë, deri në talium, vetëm me kalime të ndryshme beta prapa. Ky zbërthim radioaktiv beta përfundon me formimin e plumbit të qëndrueshëm-206. Ky transformim ka formulën e mëposhtme:
Th-234 -> Pa-234 -> U-234 -> Th-230 -> Ra-226 -> Rn-222 -> At-214 -234-64 Pb-206
Radionuklidet beta aktive natyrore dhe domethënëse janë K-40 dhe elementë nga taliumi në uranium.
Beta-plus prishje
Ka gjithashtu një transformim beta plus. Quhet gjithashtu prishja beta e pozitronit. Ai lëshon një grimcë të quajtur pozitron nga bërthama. Rezultati është shndërrimi i elementit origjinal në atë në të majtë, i cili ka një numër më të ulët.
Shembull
Kur ndodh zbërthimi i elektroneve beta, magnezi-23 bëhet një izotop i qëndrueshëm i natriumit. Europiumi radioaktiv-150 bëhet samarium-150.
Reaksioni i zbërthimit beta mund të krijojë emetime beta+ dhe beta. Shpejtësia e largimit të grimcave në të dyja rastet është 0,9 herë më e madhe se shpejtësia e dritës.
Zbërthime të tjera radioaktive
Përveç reaksioneve të tilla si kalbja alfa dhe kalbja beta, formula e të cilave është e njohur gjerësisht, ka procese të tjera që janë më të rralla dhe më karakteristike për radionuklidet artificiale.
Zbërthimi i neutronit. Një grimcë neutrale prej 1 njësie lëshohetmasat. Gjatë tij, një izotop shndërrohet në një tjetër me një numër masiv më të vogël. Një shembull do të ishte shndërrimi i litium-9 në litium-8, helium-5 në helium-4.
Kur një izotop i qëndrueshëm i jodit-127 rrezatohet me rreze gama, ai bëhet izotopi numër 126 dhe fiton radioaktivitet.
Zbërthimi i protonit. Është jashtëzakonisht e rrallë. Gjatë tij, lëshohet një proton, me ngarkesë +1 dhe 1 njësi të masës. Pesha atomike zvogëlohet me një vlerë.
Çdo transformim radioaktiv, në veçanti, zbërthimet radioaktive, shoqërohet me çlirimin e energjisë në formën e rrezatimit gama. Ata i quajnë rrezet gama. Në disa raste, vërehen rreze x me energji më të ulët.
Zbërthimi i gamës. Është një rrjedhë e kuanteve gama. Është rrezatim elektromagnetik, më i fortë se rrezet X, që përdoret në mjekësi. Si rezultat, shfaqen kuantet gama, ose energjia rrjedh nga bërthama atomike. Rrezet X janë gjithashtu elektromagnetike, por e kanë origjinën nga predha elektronike të atomit.
grimcat alfa të drejtuar
Grimcat alfa me masë 4 njësi atomike dhe ngarkesë +2 lëvizin në vijë të drejtë. Për shkak të kësaj, ne mund të flasim për gamën e grimcave alfa.
Vlera e vrapimit varet nga energjia fillestare dhe varion nga 3 në 7 (ndonjëherë 13) cm në ajër. Në një mjedis të dendur, është një e qindta e milimetrit. Një rrezatim i tillë nuk mund të depërtojë në një fletëletra dhe lëkura e njeriut.
Për shkak të masës së saj dhe numrit të ngarkesës, grimca alfa ka fuqinë më të lartë jonizuese dhe shkatërron gjithçka në rrugën e saj. Në këtë drejtim, radionuklidet alfa janë më të rrezikshmit për njerëzit dhe kafshët kur ekspozohen ndaj trupit.
Depërtimi i grimcave beta
Për shkak të numrit të vogël të masës, që është 1836 herë më pak se një proton, ngarkesës dhe madhësisë negative, rrezatimi beta ka një efekt të dobët në substancën përmes së cilës fluturon, por për më tepër, fluturimi është më i gjatë. Gjithashtu rruga e grimcave nuk është e drejtë. Në këtë drejtim, ata flasin për aftësi depërtuese, e cila varet nga energjia e marrë.
Fuqia depërtuese e grimcave beta të prodhuara gjatë zbërthimit radioaktiv arrin 2.3 m në ajër, në lëngje llogaritet në centimetra, dhe në trupat e ngurtë - në fraksione të një centimetri. Indet e trupit të njeriut transmetojnë rrezatim 1.2 cm të thellë. Për t'u mbrojtur nga rrezatimi beta, mund të shërbejë një shtresë e thjeshtë uji deri në 10 cm. Rrjedha e grimcave me një energji mjaftueshëm të lartë të kalbjes prej 10 MeV absorbohet pothuajse plotësisht nga shtresa të tilla: ajri - 4 m; alumini - 2,2 cm; hekur - 7,55 mm; plumb - 5, 2 mm.
Duke pasur parasysh madhësinë e tyre të vogël, grimcat e rrezatimit beta kanë një kapacitet të ulët jonizues në krahasim me grimcat alfa. Megjithatë, kur gëlltiten, ato janë shumë më të rrezikshme sesa gjatë ekspozimit të jashtëm.
Neutroni dhe gama aktualisht kanë performancën më të lartë depërtuese midis të gjitha llojeve të rrezatimit. Gama e këtyre rrezatimeve në ajër ndonjëherë arrin në dhjetëra dhe qindrametra, por me performancë më të ulët jonizuese.
Shumica e izotopeve të rrezeve gama nuk e kalojnë energjinë 1.3 MeV. Rrallë arrihen vlerat 6.7 MeV. Në këtë drejtim, për t'u mbrojtur nga rrezatimi i tillë, shtresat e çelikut, betonit dhe plumbit përdoren për faktorin e dobësimit.
Për shembull, për të zbutur dhjetëfish rrezatimin gama të kob altit, nevojitet mburojë nga plumbi me trashësi rreth 5 cm, për zbutje 100-fish kërkohet 9,5 cm. Mbrojtja e betonit do të jetë 33 dhe 55 cm dhe uji - 70 dhe 115 cm.
Performanca jonizuese e neutroneve varet nga performanca e tyre energjetike.
Në çdo situatë, mënyra më e mirë për t'u mbrojtur nga rrezatimi është të qëndroni sa më larg burimit dhe të kaloni sa më pak kohë në zonën me rrezatim të lartë.
Fisioni i bërthamave atomike
Nën ndarjen e bërthamave të atomeve nënkuptohet spontane, ose nën ndikimin e neutroneve, ndarja e bërthamës në dy pjesë, përmasa afërsisht të barabarta.
Këto dy pjesë bëhen izotope radioaktive të elementeve nga pjesa kryesore e tabelës së elementeve kimike. Duke filluar nga bakri te lantanidet.
Gjatë lëshimit, disa neutrone shtesë shpëtojnë dhe ka një tepricë të energjisë në formën e kuanteve gama, e cila është shumë më e madhe se gjatë zbërthimit radioaktiv. Pra, në një akt të zbërthimit radioaktiv, shfaqet një gama kuantë dhe gjatë aktit të ndarjes shfaqen 8, 10 gama kuanta. Gjithashtu, fragmentet e shpërndara kanë një energji të madhe kinetike, e cila kthehet në tregues termik.
Neutronet e çliruara janë të afta të provokojnë ndarjen e një çifti bërthamash të ngjashme nëse ndodhen afër dhe neutronet i godasin.
Kjo rrit mundësinë e një reaksioni zinxhir të degëzuar, përshpejtues të ndarjes së bërthamave atomike dhe krijimit të një sasie të madhe energjie.
Kur një reaksion i tillë zinxhir është nën kontroll, ai mund të përdoret për qëllime të caktuara. Për shembull, për ngrohje ose energji elektrike. Procese të tilla kryhen në termocentrale dhe reaktorë bërthamorë.
Nëse humbisni kontrollin e reaksionit, do të ndodhë një shpërthim atomik. I ngjashëm përdoret në armët bërthamore.
Në kushte natyrore, ekziston vetëm një element - uraniumi, i cili ka vetëm një izotop të zbërthyeshëm me numrin 235. Është i shkallës së armëve.
Në një reaktor atomik të zakonshëm të uraniumit nga uraniumi-238, nën ndikimin e neutroneve, ata formojnë një izotop të ri në numrin 239, dhe prej tij - plutonium, i cili është artificial dhe nuk ndodh natyrshëm. Në këtë rast, plutoniumi-239 që rezulton përdoret për qëllime armësh. Ky proces i ndarjes së bërthamave atomike është thelbi i të gjitha armëve dhe energjisë atomike.
Dukuritë si kalbja alfa dhe kalbja beta, formula e të cilave studiohet në shkollë, janë të përhapura në kohën tonë. Falë këtyre reagimeve, ekzistojnë termocentrale bërthamore dhe shumë industri të tjera të bazuara në fizikën bërthamore. Sidoqoftë, mos harroni për radioaktivitetin e shumë prej këtyre elementeve. Kur punoni me ta, kërkohet mbrojtje e veçantë dhe respektimi i të gjitha masave paraprake. Përndryshe, kjo mund të çojë nëfatkeqësi e pariparueshme.
