Alfa rozpad

Alfa rozpad ( α-rozpad ) je druh radioaktivního rozpadu jádra , v jehož důsledku je emitováno dvojitě magické jádro helia 4 He  - částice alfa [1] . V tomto případě se hmotnostní číslo jádra sníží o 4 a atomové číslo  - o 2.

Teorie

Alfa rozpad ze základního stavu je pozorován pouze v dostatečně těžkých jádrech, například v radiu-226 nebo uranu-238 . Radioaktivní jádra alfa se objevují v tabulce nuklidů počínaje atomovým číslem 52 ( telur ) a hmotnostním číslem asi 106-110 as atomovým číslem větším než 82 a hmotnostním číslem větším než 200 jsou téměř všechny nuklidy alfa radioaktivní, i když mohou mít alfa rozpad a nedominantní režim rozpadu. Z přírodních izotopů je alfa radioaktivita pozorována v několika nuklidech prvků vzácných zemin (neodym-144, samarium-147, samarium-148, europium-151, gadolinium-152), jakož i v několika nuklidech těžkých kovů (hafnium-174, wolfram-180, osmium-186, platina-190, vizmut-209, thorium-232, uran-235, uran-238) a produkty rozpadu uranu a thoria s krátkou životností.

Alfa rozpad z vysoce excitovaných stavů jádra je také pozorován u řady lehkých nuklidů, například u lithia-7. Mezi lehkými nuklidy dochází k rozpadu alfa ze základního stavu u hélia-5 (rozpadá se na α + n ), lithia-5 (α + p ), berylia-6 (α + 2p ), berylia-8 (2α) a boru -9 (2α + p ) [2] .

Částice alfa prochází tunelovým přechodem přes potenciální bariéru kvůli jaderným silám , takže rozpad alfa je v podstatě kvantový proces. Protože pravděpodobnost tunelového efektu závisí exponenciálně na výšce bariéry [3] , roste poločas rozpadu alfa-aktivních jader exponenciálně s klesající energií alfa-částic (tato skutečnost je obsahem Geiger-Nattallova zákona ). Při energii částic alfa menší než 2 MeV životnost aktivních jader alfa výrazně překračuje životnost vesmíru . Proto, ačkoli většina přirozených izotopů těžších než cer je v zásadě schopna rozpadu tímto kanálem, jen několik z nich skutečně zaznamenalo takový rozpad.

Úniková rychlost částice alfa se pohybuje od 9400 km/s ( izotop neodymu 144 Nd) do 23 700 km/s pro izotop polonia 212m Po . Obecně vzorec rozpadu alfa vypadá takto:

Příklad rozpadu alfa pro izotop 238 U :

Alfa rozpad může být viděn jako extrémní případ rozpadu clusteru .

Historie

Alfa rozpad byl poprvé identifikován britským fyzikem Ernestem Rutherfordem v roce 1899 [4] . Ve stejné době v Paříži prováděl podobné experimenty francouzský fyzik Paul Villard , ale nestihl záření oddělit před Rutherfordem. První kvantitativní teorii rozpadu alfa vytvořil sovětský a americký fyzik Georgy Gamow .

Nebezpečí pro živé organismy

Částice alfa z radioaktivního rozpadu jsou poměrně těžké a kladně nabité a mají velmi krátký dosah ve hmotě a při pohybu skrz médium rychle ztrácejí energii v krátké vzdálenosti od zdroje. To vede k tomu, že veškerá energie záření se uvolňuje v malém objemu hmoty, což zvyšuje šance na poškození buněk při vstupu zdroje záření do těla. Vnější záření z radioaktivních zdrojů je však neškodné, protože alfa částice mohou být účinně zachyceny několika centimetry vzduchu nebo desítkami mikrometrů husté látky - například listem papíru a dokonce rohovou odumřelou vrstvou epidermis (povrch kůže ), aniž by se dostaly do živých buněk. Ani dotyk zdroje čistého alfa záření není nebezpečný, i když je třeba mít na paměti, že mnoho zdrojů alfa záření vyzařuje i mnohem pronikavější typy záření ( beta částice , gama záření , někdy neutrony). Pokud se však do těla dostane zdroj alfa, dojde k významnému ozáření. Faktor kvality záření alfa je 20 (více než u všech ostatních typů ionizujícího záření, s výjimkou těžkých jader a štěpných fragmentů ). To znamená, že v živé tkáni vytváří částice alfa odhadem 20krát větší poškození než částice gama nebo beta o stejné energii.

Vše výše uvedené platí pro radioaktivní zdroje částic alfa, jejichž energie nepřesahují 15 MeV . Alfa částice produkované na urychlovači mohou mít výrazně vyšší energie a vytvořit značnou dávku i při vnějším ozáření těla.

Poznámky

  1. ↑ Mukhin K. N. Experimentální jaderná fyzika. Ve 2 knihách. Rezervovat. 1. Fyzika atomového jádra. Část I. Vlastnosti nukleonů, jader a radioaktivního záření. — M.: Energoatomizdat, 1993. — S. 137. — ISBN 5-283-04080-1
  2. ↑ Nudat 2. Interactive Chart of Nuclides Archived 6. dubna 2018 na Wayback Machine . National Nuclear Data Center, Brookhaven National Laboratory.
  3. ↑ Malyarov, 1959 , str. 231.
  4. ↑ Rutherford E. Uranové záření a jeho elektrická vodivost  //  Philosophical Magazine, Series 5. - 1899. - Vol. 47 , iss. 284 . - str. 109-163 .

Literatura