Alfa částice

Aktuální verze stránky ještě nebyla zkontrolována zkušenými přispěvateli a může se výrazně lišit od verze recenzované 27. března 2022; kontroly vyžadují 2 úpravy .
alfa částice
α, α 2+ , He 2+
alfa částice
izotopové jádro Helium-4 ( )
Chemický prvek Hélium
Sloučenina 2 protony , 2 neutrony
Rodina boson
Magnetický moment 0
Elektrický kvadrupólový moment 0
Hmotnostní číslo ( baryonové číslo ) čtyři
Hmotnost 3,727379240(82) GeV (asi 6,644656⋅10 −27 kg)
mše , dopol . 4,001506179125(62)
Energie vazby 28,3 MeV (7,1 MeV na nukleon) [1]
Život stabilní
Parita +
kvantová čísla
Elektrický náboj 2
Roztočit 0
Izotopový spin 0
Hypercharge čtyři

Alfa částice (α-částice) - kladně nabitá částice tvořená dvěma protony a dvěma neutrony ; jádro atomu helia -4 ( ) . Poprvé objeven E. Rutherfordem v roce 1899 [1] . Alfa částice mohou způsobit jaderné reakce ; na první uměle vyvolané jaderné reakci, kterou provedl E. Rutherford v roce 1919 (přeměna jader dusíku na jádra kyslíku), se podílely právě alfa částice. Tok částic alfa se nazývá paprsky alfa [2] nebo záření alfa [3] .

Vzdělávání

Alfa částice vznikají při rozpadu alfa jader, při jaderných reakcích a v důsledku úplné ionizace atomů helia-4. Například v důsledku interakce jádra lithia-6 s deuteronem mohou vzniknout dvě částice alfa: 6 Li + 2 H = 4 He + 4 He . Alfa částice tvoří podstatnou část primárního kosmického záření ; většina z nich jsou urychlená jádra helia z hvězdných atmosfér a mezihvězdný plyn , některé jsou výsledkem jaderných tříštivých reakcí z těžších jader kosmického záření. Vysokoenergetické alfa částice mohou být generovány pomocí částicových urychlovačů .

Vlastnosti

Hmotnost částice alfa je 4,001 506 179 127(63) jednotek atomové hmotnosti [4] (asi 6,644 657 3357(20)⋅10 −27 kg ), což odpovídá energii 3727,379 4066(11 ) MeV ] . Spin a magnetický moment jsou nulové. Vazebná energie (vyjádřená v energetických jednotkách je rozdíl mezi celkovou hmotností dvou protonů a dvou neutronů a hmotností částice alfa) je 28,295 6108(16) MeV ( 7,073 9027(4) MeV na nukleon ) [6] [ 7] . Hmotnostní přebytek je 2424,9158(1) keV [8] . Náboj částice alfa je kladný a rovný dvojnásobku elementárního náboje , tedy přibližně 3,218 10 −19 C.

Penetrace

Těžce nabité částice interagují hlavně s atomovými elektrony , a proto se jen málo odchylují od směru svého počátečního pohybu. V důsledku toho je dráha těžké částice R měřena vzdáleností v přímce od zdroje částic k bodu jejich zastavení. Typicky se úsek měří v jednotkách délky (m, cm, mikrony), stejně jako povrchová hustota materiálu (nebo ekvivalentně délka úseku krát hustota) (g/cm2 ) . Vyjádření rozsahu v délkových jednotkách má smysl pro pevnou hustotu média (např. za normálních podmínek se jako médium často volí suchý vzduch ). Fyzikální význam rozsahu z hlediska povrchové hustoty je hmotnost na jednotku plochy vrstvy dostatečná k zastavení částice.

Délka dráhy α-částice v závislosti na její energii a prostředí
středa Energie α-částic, MeV
čtyři 6 osm deset
Délka dráhy α-částice, mm
Vzduch za normálních podmínek 25 46 74 106
biologické tkáně 0,031 0,056 0,096 0,130
Hliník 0,016 0,030 0,048 0,069

Detekce

Alfa částice jsou detekovány pomocí scintilačních detektorů , plynových výbojových detektorů , křemíkových kolíkových diod (povrchové bariérové ​​detektory necitlivé na beta a gama záření) a vhodné zesilovací elektroniky a také pomocí dráhových detektorů . Pro detekci částic alfa s energiemi charakteristickými pro radioaktivní rozpad je nutné zajistit nízkou povrchovou hustotu stínítka oddělujícího citlivý objem detektoru od okolí. Například v detektorech plynových výbojů lze nainstalovat slídové okno o tloušťce několika mikronů, které je průhledné pro částice alfa. U polovodičových detektorů s povrchovou bariérou není taková obrazovka potřeba, pracovní plocha detektoru může být v přímém kontaktu se vzduchem. Při detekci alfa-aktivních radionuklidů v kapalinách se zkoušená látka smíchá s kapalným scintilátorem.

V současnosti jsou nejrozšířenější křemíkové povrchově-bariérové ​​detektory částic alfa, u kterých se na povrchu polovodičového krystalu s vodivostí typu p vytvoří tenká vrstva s vodivostí typu n difúzním zavedením donorové nečistoty (např. fosfor ). Aplikace zpětného předpětí na pn přechod ochuzuje citlivou oblast detektoru o nosiče náboje . Částice alfa, která ionizuje látku, vstoupí do této oblasti a způsobí zrod několika milionů párů elektron-díra, které způsobí registrovaný proudový pulz s amplitudou úměrnou počtu vytvořených párů a v souladu s tím kinetické energii absorbované alfa částice. . Protože oblast vyčerpání má velmi malou tloušťku, je detektor citlivý pouze na částice s vysokou hustotou ionizace (alfa částice, protony, štěpné fragmenty, těžké ionty) a je necitlivý na záření beta a gama.

Vliv na elektroniku

Výše popsaný mechanismus pro vytváření párů elektron-díra alfa částicí v polovodičích může způsobit neoprávněné sepnutí polovodičové spouště, když alfa částice s dostatečnou energií narazí na křemíkový čip. V tomto případě je jeden bit v paměti nahrazen nulou (nebo naopak). Pro snížení počtu takových chyb by materiály používané při výrobě mikroobvodů měly mít nízkou vlastní alfa aktivitu.

Vliv člověka

Alfa částice vzniklé při rozpadu jádra mají počáteční kinetickou energii v rozmezí 1,8-15 MeV [9] . Když se alfa částice pohybuje látkou, vytváří silnou ionizaci okolních atomů a v důsledku toho velmi rychle ztrácí energii. Energie alfa částic, která je výsledkem radioaktivního rozpadu , nestačí ani k překonání mrtvé vrstvy kůže , takže při zevní expozici takovým alfa částicím nehrozí radiační riziko. Vnější záření alfa je zdraví nebezpečné pouze v případě vysokoenergetických částic alfa (s energiemi nad desítky MeV), jejichž zdrojem je urychlovač . Pronikání alfa-aktivních radionuklidů do těla, kdy jsou živé tělesné tkáně přímo vystaveny záření, je však pro zdraví velmi nebezpečné, protože vysoká hustota ionizace podél dráhy částic vážně poškozuje biomolekuly . Předpokládá se [10] , že při stejném uvolnění energie ( absorbované dávce ) je ekvivalentní dávka akumulovaná při vnitřním ozáření alfa částicemi s energiemi charakteristickými pro radioaktivní rozpad 20krát vyšší než při ozáření gama a rentgenovými kvanty. Lineární přenos energie vysokoenergetických částic alfa (s energiemi 200 MeV a vyšší) je však mnohem menší, takže jejich relativní biologická účinnost je srovnatelná s účinností gama kvant a beta částic .

α-částice s energiemi 10 MeV a vyššími, které postačují k překonání odumřelého stratum corneum kůže , tedy mohou představovat nebezpečí pro člověka při zevním ozáření. Většina výzkumných urychlovačů α-částic přitom pracuje při energiích pod 3 MeV [11] .

Mnohem větším nebezpečím pro člověka jsou α-částice vznikající při rozpadu alfa radionuklidů, které se dostaly do těla (zejména dýchacími cestami nebo trávicím traktem ) [12] . Mikroskopické množství α-radioaktivní látky (například polonium-210 ) stačí k vyvolání akutní nemoci z ozáření u oběti , často s fatálním koncem [12] .

Viz také

Poznámky

  1. ↑ 1 2 Ogloblin A. A., Lomanov M. F. ALFA ČÁSTICE // Velká ruská encyklopedie. Elektronická verze (2016); https://bigenc.ru/physics/text/1816460 Archivováno 27. března 2022 na Wayback Machine Přístup: 27.03.2022
  2. ↑ Gordienko V. A. Úvod do ekologie (15. května 2012). Získáno 27. března 2022. Archivováno z originálu dne 27. března 2022.
  3. ↑ Interakce částic s hmotou Archivováno 18. července 2012 na Wayback Machine .
  4. ↑ Hmotnost částic alfa v u Archivováno 30. října 2021 na Wayback Machine . Doporučené hodnoty 2018 CODATA.
  5. ↑ Alfa částicový hmotnostní energetický ekvivalent v MeV Archivováno 23. března 2021 na Wayback Machine . Doporučené hodnoty 2018 CODATA.
  6. ↑ Meng Wang , Huang WJ , Kondev FG , Audi G. , Naimi S. Hodnocení atomové hmotnosti Ame2020 (II). Tabulky, grafy a odkazy  (anglicky)  // Chinese Physics C. - 2021. - Vol. 43 , iss. 3 . - S. 030003-1-030003-512 . - doi : 10.1088/1674-1137/abddaf .
  7. ↑ Všimněte si, že databáze Nubase2020 a AME 2020 uvádějí hmotnosti a odvozené veličiny pro neutrální, nevybuzený atom helia-4; pro převod na částici alfa (dvojitě ionizovaný atom helia-4) je nutné odečíst hmotnosti dvou elektronů 2 × 0,510 998 950 00 (15) MeV a sečíst jejich vazebnou energii v nejnižším stavu, 0,000 079 005 MeV .
  8. ↑ Kondev FG , Wang M. , Huang WJ , Naimi S. , Audi G. Hodnocení jaderných vlastností Nubase2020  // Chinese Physics  C. - 2021. - Sv. 45 , iss. 3 . - S. 030001-1-030001-180 . - doi : 10.1088/1674-1137/abddae .Otevřený přístup
  9. ↑ V některých případech, během rozpadu alfa, může jádro emitující částici alfa nejprve přejít do excitovaného stavu . V tomto případě se energie emitované částice alfa ukáže být menší než při přechodu na hlavní úroveň dceřiného jádra, protože část energie zůstává v jádře. Vybuzená hladina se následně rozpadá do základního stavu jádra a energie je unášena paprskem gama nebo přenesena na elektrony atomového obalu (viz Vnitřní přeměna ). Pravděpodobnost přechodu jádra během rozpadu alfa na excitovanou hladinu je však zpravidla silně potlačena, což je spojeno s exponenciálním poklesem pravděpodobnosti rozpadu alfa s poklesem kinetické energie emitovaného alfa . částice.
  10. ↑ Publikace Mezinárodní komise pro radiační ochranu (ICRP) 103. Per z angličtiny. / Pod generální redakcí. M. F. Kiseleva a N. K. Shandaly. - M .: Ed. LLC PKF "Alana", 2009. - S. 68-71. - 1000 výtisků.  - ISBN 978-5-9900350-6-5 .
  11. ↑ Vasilenko O.I. , Ishkhanov B.S. ,  Kapitonov I.M. ,  Seliverstova Zh.M. , Shumakov A.V. RADIATION. - M .: Nakladatelství Moskevské univerzity, 1996.
  12. ↑ 1 2 BBC: "Soudu bylo řečeno, jak bylo v Litviněnkově těle nalezeno polonium" . Datum přístupu: 29. ledna 2015. Archivováno z originálu 31. ledna 2015.

Literatura

  Přejděte na položku Wikidata  Slovníky a encyklopedie
V bibliografických katalozích
 Klasifikace částic
Rychlost vzhledem k rychlosti světla
Přítomností vnitřní struktury a oddělitelnosti
Fermiony přítomností antičástice
Vzniká při radioaktivním rozpadu
Kandidáti na roli částic temné hmoty
V inflačním modelu vesmíru
Přítomností elektrického náboje
V teoriích spontánního porušení symetrie
Podle doby života
Jiné třídy