Α radioaktivita
Alfa radioaktivita (nebo záření alfa, symbolizovaný α) je záření způsobené alfa rozpad , nebo ve formě rozpadu radioaktivních kde atomové jádro Vysune částice alfa, a stává se jádro z hmotnostního čísla se snížil na 4 a číslo atomové snížil o 2 .
X{\ displaystyle {\ mbox {X}}}Y{\ displaystyle {\ mbox {Y}}}
Dějiny
V roce 1898 Ernest Rutherford zjistil, že radioaktivita emitovaná uranovou rudou byla směsí dvou odlišných jevů, které nazval α radioaktivita a β radioaktivita . Β záření je zpočátku více studováno než záření alfa, protože toto záření není příliš pronikavé, a proto je obtížnější ho studovat. V roce 1903 Rutherford a Soddy ukazují, že částice alfa jsou nabité, mají hmotnost řádově hmotnosti světelného atomu a rychlost řádově 25 000 km / s , to znamená charakteristiky velmi odlišné od charakteristik elektronů tvořících β záření. V roce 1904 William Henry Bragg objevil, že rychlost emise částice α je specifická pro radioaktivní atom, který ji emituje. Rutherford zároveň měří poměr mezi hmotností částice α a jejím nábojem. Navíc Rutherford a Hans Geiger dokáží spočítat jeden po druhém α částice emitované vzorkem rádia , což umožňuje odvodit náboj jedné částice a tím i její hmotnost: získají důkaz, že částice α jsou atomy helia mající ztratili záporné náboje. Toto měření také umožňuje odhadnout poločas radia na 1760 let a určit hodnotu Avogadrova čísla blízkou ostatním hodnotám získaným v té době. V roce 1909 byl proveden Rutherfordův experiment , který prokázal existenci atomového jádra díky bombardování zlatého listu částicemi α.
Fyzikální jev
Alfa rozpad lze považovat za formu jaderného štěpení, kdy se mateřské jádro rozdělí na dvě dceřinná jádra, z nichž jedno je jádro helia.
ZNAX→Z-2NA-4Y+24Ahoj{\ displaystyle {} _ {Z} ^ {A} {\ mbox {X}} \ na {} _ {Z-2} ^ {A-4} {\ mbox {Y}} + {} _ {2} ^ {4} {\ mbox {He}}}nebo
ZNAX→Z-2NA-4Y+α{\ displaystyle {} _ {Z} ^ {A} {\ mbox {X}} \ na {} _ {Z-2} ^ {A-4} {\ mbox {Y}} + \ alpha}kde představuje hmotnostní množství (počet nukleonů), na atomové číslo (počet protonů).
NA{\ displaystyle A}Z{\ displaystyle Z}
Rychle se objevila pozoruhodná souvislost mezi dostupnou energií reakce (prakticky kinetickou energií částice α) a radioaktivním poločasem otcovského jádra: období jsou o to větší, že dostupná energie je malá. Toto pozorování vedlo k interpretaci rozpadu v důsledku tunelového efektu mezi intranukleárním potenciálovým vrtem a vnějškem Coulombovy potenciální bariéry existující mezi dvěma konečnými jádry; to tvoří základ Gamowova modelu .
Pokud vyjmeme případ štěpení, je alfa záření v praxi jediným způsobem, jak může atom ztratit nukleony, tj. 4 krát 4 (2 neutrony + 2 protony)
Energetické spektrum
Na energetické úrovni představuje rozpad α lineární spektrum , podpis rozdílu v hmotnostech otcových a dětských jader.
U některých izotopů je čára jedinečná, ale u jiných může stejné mateřské jádro (statisticky) vést k dětskému jádru v několika různých stavech: buď v jeho základním, nebo v jednom z jeho vzrušených stavů, poté si udrží část energie odečtené od který obdržel částice α. Poté je k dispozici řada řádků, jejichž intenzita závisí na pravděpodobnosti každého z přechodů.
Pokud je výsledné jádro v excitovaném stavu, který není metastabilní , je pozorováno gama záření téměř současně s rozpadem alfa de-excitací, aby se vrátil k základu. Tyto detailní částic rozpadu schéma znázorňuje relativní pravděpodobnost každého řádku a v příslušné gama záření.
Emisní rychlost částice α
Relativně velká hmotnost částice α snižuje její rychlost o odpovídající množství pro danou energii. Protože energie spojená s radioaktivitou alfa je vždy menší než 10 MeV, ve většině případů kolem 5 MeV - tj. Rychlost 15 300 km / s -, nestačí, aby emitované částice α byly relativistické. Tato skutečnost, spojená s jejich charakteristikou nabitých částic (Z = 2), jim dává nízkou penetraci (několik centimetrů ve vzduchu).
Částice α, která má nezanedbatelnou hmotnost, je na emitující jádro přivedena reakční impuls, který zůstává mírný (rychlost řádově 280 km / s), aniž by byl zcela zanedbatelný.
Vyhodnocení průměrných rychlostí a energií částice a emitujícího jádra
Atomové hmotnosti a hmotnosti částic
Průměrný počet nukleonů v alfa emitoru před emisí částice = 224 (průměrná atomová hmotnost emitorů α čtyř rozpadových řetězců , tj .:
- A = 224
- Střední N = zaokrouhlování (0,6427 * A - 7,707) = 136 neutronů
- Z průměr = A - N průměr = 224 - 136 = 88 protonů
Hmotnost částice α
.mα=2∗mprÓtÓne+2∗mneEutrÓne=4.{\ displaystyle. \ quad m _ {\ alpha} = 2 * m_ {proton} + 2 * m_ {neutron} = 4 \ quad.}amu do 1 st pořadí
Hmotnost atomu po emisi částice;
.MnatÓmE=(88-2)∗mprÓtÓne+(136-2)∗mneEutrÓne=220.{\ displaystyle. \ quad M_ {atom} = (88-2) * m_ {proton} + (136-2) * m_ {neutron} = 220 \ quad.}amu do 1 st pořadí
.mprÓtÓne=1,6726E-27.{\ displaystyle. \ quad m_ {proton} = 1,6726E ^ {- 27} \ quad.}kg
.mneEutrÓne=1,67493E-27.{\ displaystyle. \ quad m_ {neutron} = 1,67493E ^ {- 27} \ quad.}kg
.mα=6,695E-27.{\ displaystyle. \ quad m _ {\ alpha} = 6 695 E ^ {- 27} \ quad.}kg
.MnatÓmE=3,6829E-25.{\ displaystyle. \ quad M_ {atom} = 3 6829 E ^ {- 25} \ quad.}kg
Zachování hybnosti:
.mα∗protiα=MnatÓmE∗PROTInatÓmE.{\ displaystyle. \; m _ {\ alpha} * v _ {\ alpha} = M_ {atom} * V_ {atom} \;.} odkud
.PROTInatÓmE=mαMnatÓmE∗protiα.{\ displaystyle. \; V_ {atom} = {m _ {\ alpha} \ nad M_ {atom}} * v _ {\ alpha} \;.}
Energetická bilance : Celková energie uvolněná během rozpadu α = 5 MeV = 8 011E -13 J
.12∗mα∗protiα2+12∗MnatÓmE∗PROTInatÓmE2=E.{\ displaystyle. \; {1 \ nad 2} * m _ {\ alpha} * v _ {\ alpha} ^ {2} + {1 \ nad 2} * M_ {atom} * V_ {atom} ^ {2 } = E \;.}
.mα∗protiα2+MnatÓmE∗mα2∗protiα2MnatÓmE2=2∗E.{\ displaystyle. \; m _ {\ alpha} * v _ {\ alpha} ^ {2} + M_ {atom} * {m _ {\ alpha} ^ {2} * v _ {\ alpha} ^ {2 } \ přes M_ {atom} ^ {2}} = 2 * E \;.}
.mα∗protiα2∗(1+mαMnatÓmE)=2∗E.{\ displaystyle. \; m _ {\ alpha} * v _ {\ alpha} ^ {2} * (1+ {m _ {\ alpha} \ přes M_ {atom}}) = 2 * E \;.}
.protiα=2∗Emα∗(1+mαMnatÓmE).{\ displaystyle. \; v _ {\ alpha} = {\ sqrt {2 * E \ nad m _ {\ alpha} * (1+ {m _ {\ alpha} \ nad M_ {atom}})}}} ;.}, tedy symetrií:
.PROTInatÓmE=2∗EMnatÓmE∗(1+MnatÓmEmα).{\ displaystyle. \; V_ {atom} = {\ sqrt {2 * E \ přes M_ {atom} * (1+ {M_ {atom} \ přes m _ {\ alpha}})}}};}
.Evs.natÓmE=12∗MnatÓmE∗PROTInatÓmE2=12∗MnatÓmE∗2∗EMnatÓmE∗(1+MnatÓmEmα)=E(1+MnatÓmEmα).{\ displaystyle. \; Ec_ {atom} = {1 \ nad 2} * M_ {atom} * V_ {atom} ^ {2} = {1 \ nad 2} * {M_ {atom} * 2 * E \ nad M_ {atom} * (1+ {M_ {atom} \ nad m _ {\ alpha}})} = {E \ nad (1+ {M_ {atom} \ nad m _ {\ alpha}})}}; .} tedy symetrií:
.Evs.α=E(1+mαMnatÓmE).{\ displaystyle. \; Ec _ {\ alpha} = {E \ over (1+ {m _ {\ alpha} \ přes M_ {atom}})}};}
Numericky:
.protiα=15330.{\ displaystyle. \; v _ {\ alpha} = 15330 \;.}km / s
.PROTInatÓmE=279.{\ displaystyle. \; V_ {atom} = 279 \;.}km / s
.Evs.α=E(1+4220)=4,91.{\ displaystyle. \; Ec _ {\ alpha} = {E \ nad (1+ {4 \ nad 220})} = 4,91 \;.}MeV
.Evs.natÓmE=E(1+2204)=0,0893.{\ displaystyle. \; Ec_ {atom} = {E \ nad (1+ {220 \ nad 4})} = 0,0893 \;.}MeV
Příklady
Rozpad uranu 238 se píše:
238U→234Čt+α{\ displaystyle {} ^ {238} {\ hbox {U}} \; \ to \; ^ {234} {\ hbox {Th}} \; + \; \ alfa}Lze jej zadat ve formuláři:
29238U→29034Čt+24Ahoj{\ displaystyle {} ^ {2} {} _ {92} ^ {38} {\ hbox {U}} \; \ to \; {} ^ {2} {} _ {90} ^ {34} {\ hbox {Th}} \; + \; {} _ {2} ^ {4} {\ hbox {He}}}Ve skutečnosti je alfa částice jádrem helia a rozpad dobře chrání celkový počet nukleonů a celkový elektrický náboj.
Následně se thorium 234 transformuje na uran 234 , jehož poločas je dlouhý (245 500 let), je přítomen v přírodním uranu a je skutečným „synem“ uranu 238 v jeho řetězci rozpadu .
29238U→4,4688 Gnaα29034Čt+24Ahoj{\ displaystyle {} ^ {2} {} _ {92} ^ {38} {\ hbox {U}} \; {\ xrightarrow [{4.4688 ~ Ga}] {\ alpha}} \; {} ^ {2 } {} _ {90} ^ {34} {\ hbox {Th}} \; + \; {} _ {2} ^ {4} {\ hbox {He}}}29034Čt→24,1 jβ29134mPa+β-→1,17 mineβ29234U+β-{\ displaystyle {} ^ {2} {} _ {90} ^ {34} {\ hbox {Th}} \; {\ xrightarrow [{24.1 ~ j}] {\ beta}} \; {} ^ {2 } {} _ {91} ^ {34m} {\ hbox {Pa}} + \ beta ^ {-} \; {\ xrightarrow [{1,17 ~ min}] {\ beta}} \; {} ^ { 2} {} _ {92} ^ {34} {\ hbox {U}} + \ beta ^ {-}}Thorium 234 vytvořené emisí částice α skutečně ztratilo 2 protony ve srovnání s rovnovážným podílem (uranu 238 nebo thoria 232) a nachází se v přebytku neutronů.
Dalším běžným příkladem je rozpad rádia, které se změní na radon :
226Ra→222Rn+α{\ displaystyle {} ^ {226} {\ hbox {Ra}} \; \ to \; ^ {222} {\ hbox {Rn}} \; + \; \ alfa}externí odkazy
Poznámky a odkazy
Poznámky
-
To je z jader z hélia 4 , ale pojem atomového jádra, a že z izotopu nebyly známy v té době.
-
V současné době je tato hodnota nastavena na 1600 let.
Reference
-
Bernard Fernandez, Od atomu k jádru: historický přístup k atomové fyzice a jaderné fyzice , elipsy ,2006, 597 s. ( ISBN 978-2729827847 ) , část I, kap. 4 („Vyzařování thoria“).
-
Bernard Fernandez, Od atomu k jádru: historický přístup k atomové fyzice a jaderné fyzice , elipsy ,2006, 597 s. ( ISBN 978-2729827847 ) , část I, kap. 5 („Rozmotané přadeno“).
-
Bernard Fernandez, Od atomu k jádru: historický přístup k atomové fyzice a jaderné fyzice , elipsy ,2006, 597 s. ( ISBN 978-2729827847 ) , část II, kap. 3 („Difúze částic α“).
-
Oregon State University: Nuclear Chemistry Chemistry 418/518 jaro 2012 - kapitola 7 - Alfa Decay [ (v) textu online (přístup k 18. říjnu 2012)]
<img src="https://fr.wikipedia.org/wiki/Special:CentralAutoLogin/start?type=1x1" alt="" title="" width="1" height="1" style="border: none; position: absolute;">