As radiações alfa e beta são geralmente chamadas de decaimentos radioativos. Este é um processo que é a emissão de partículas subatômicas do núcleo, ocorrendo a uma velocidade tremenda. Como resultado, um átomo ou seu isótopo pode mudar de um elemento químico para outro. Os decaimentos alfa e beta dos núcleos são característicos de elementos instáveis. Estes incluem todos os átomos com um número de carga maior que 83 e um número de massa maior que 209.
Condições de reação
A decomposição, como outras transformações radioativas, é natural e artificial. Este último ocorre devido à entrada de alguma partícula estranha no núcleo. Quanto decaimento alfa e beta um átomo pode sofrer depende apenas de quão cedo um estado estável é alcançado.
Em circunstâncias naturais, ocorrem decaimentos alfa e beta menos.
Em condições artificiais, nêutrons, pósitrons, prótons e outros tipos mais raros de decaimentos e transformações de núcleos estão presentes.
Esses nomes foram dados por Ernest Rutherford, que estudou radiação radioativa.
A diferença entre estável e instávelnúcleo
A capacidade de decair depende diretamente do estado do átomo. O chamado núcleo "estável" ou não radioativo é característico de átomos não decompostos. Em teoria, tais elementos podem ser observados indefinidamente para que se tenha certeza de sua estabilidade. Isso é necessário para separar esses núcleos dos instáveis, que têm uma meia-vida extremamente longa.
Por engano, um átomo tão "lento" pode ser confundido com um estável. No entanto, o telúrio e, mais especificamente, seu isótopo número 128, que tem uma meia-vida de 2,2·1024 anos, pode ser um exemplo notável. Este caso não é isolado. O lantânio-138 tem uma meia-vida de 1011 anos. Este período é trinta vezes a idade do universo existente.
A essência do decaimento radioativo
Esse processo acontece aleatoriamente. Cada radionuclídeo em decomposição adquire uma taxa que é constante para cada caso. A taxa de decaimento não pode mudar sob a influência de fatores externos. Não importa se uma reação ocorrerá sob a influência de uma enorme força gravitacional, no zero absoluto, em um campo elétrico e magnético, durante qualquer reação química, e assim por diante. O processo pode ser influenciado apenas pelo impacto direto no interior do núcleo atômico, o que é praticamente impossível. A reação é espontânea e depende apenas do átomo em que ocorre e de seu estado interno.
Quando se refere a decaimentos radioativos, o termo "radionuclídeo" é frequentemente usado. Para aqueles que não sãofamiliarizado com isso, você deve saber que esta palavra denota um grupo de átomos que possuem propriedades radioativas, seu próprio número de massa, número atômico e status de energia.
Vários radionuclídeos são usados em áreas técnicas, científicas e outras da vida humana. Por exemplo, na medicina, esses elementos são usados no diagnóstico de doenças, processamento de medicamentos, ferramentas e outros itens. Há até uma série de medicamentos de rádio terapêuticos e prognósticos.
Não menos importante é a definição do isótopo. Esta palavra refere-se a um tipo especial de átomos. Eles têm o mesmo número atômico que um elemento comum, mas um número de massa diferente. Essa diferença é causada pelo número de nêutrons, que não afetam a carga, como prótons e elétrons, mas alteram sua massa. Por exemplo, o hidrogênio simples tem até 3. Este é o único elemento cujos isótopos receberam nomes: deutério, trítio (o único radioativo) e prótio. Em outros casos, os nomes são dados de acordo com as massas atômicas e o elemento principal.
Decaimento Alfa
Este é um tipo de reação radioativa. É típico para elementos naturais do sexto e sétimo períodos da tabela periódica dos elementos químicos. Especialmente para elementos artificiais ou transurânio.
Elementos sujeitos ao decaimento alfa
O número de metais que são caracterizados por esse decaimento inclui tório, urânio e outros elementos do sexto e sétimo períodos da tabela periódica de elementos químicos, contando a partir do bismuto. O processo também sofre isótopos entre ositens.
O que acontece durante uma reação?
Quando o decaimento alfa começa, a emissão do núcleo de partículas consiste em 2 prótons e um par de nêutrons. A própria partícula emitida é o núcleo de um átomo de hélio, com massa de 4 unidades e carga de +2.
Como resultado, um novo elemento aparece, localizado duas células à esquerda do original na tabela periódica. Este arranjo é determinado pelo fato de que o átomo original perdeu 2 prótons e junto com ele - a carga inicial. Como resultado, a massa do isótopo resultante é reduzida em 4 unidades de massa em comparação com o estado inicial.
Exemplos
Durante esse decaimento, o tório é formado a partir do urânio. Do tório vem o rádio, dele vem o radônio, que eventualmente dá o polônio e, finalmente, o chumbo. Nesse processo, são formados isótopos desses elementos, e não eles mesmos. Assim, verifica-se urânio-238, tório-234, rádio-230, radônio-236 e assim por diante, até o aparecimento de um elemento estável. A fórmula para tal reação é a seguinte:
Th-234 -> Ra-230 -> Rn-226 -> Po-222 -> Pb-218
A velocidade da partícula alfa selecionada no momento da emissão é de 12 a 20 mil km/s. Estando no vácuo, tal partícula circundaria o globo em 2 segundos, movendo-se ao longo do equador.
Decaimento Beta
A diferença entre esta partícula e um elétron está no local de aparecimento. O decaimento beta ocorre no núcleo de um átomo, não na camada de elétrons ao seu redor. A mais comum de todas as transformações radioativas existentes. Pode ser observado em quase todos oselementos químicos. Segue-se que cada elemento tem pelo menos um isótopo sujeito a decaimento. Na maioria dos casos, o decaimento beta resulta em decaimento beta-menos.
Fluxo de reação
Neste processo, um elétron é ejetado do núcleo, que surgiu devido à transformação espontânea de um nêutron em um elétron e um próton. Nesse caso, devido à maior massa, os prótons permanecem no núcleo, e o elétron, chamado de partícula beta menos, sai do átomo. E como há mais prótons por unidade, o núcleo do próprio elemento muda para cima e está localizado à direita do original na tabela periódica.
Exemplos
O decaimento do beta com o potássio-40 o transforma em um isótopo de cálcio, localizado à direita. O cálcio-47 radioativo torna-se escândio-47, que pode se transformar em titânio-47 estável. Como é esse decaimento beta? Fórmula:
Ca-47 -> Sc-47 -> Ti-47
A velocidade de uma partícula beta é 0,9 vezes a velocidade da luz, que é 270.000 km/s.
Não há muitos nuclídeos beta-ativos na natureza. Há muito poucos significativos. Um exemplo é o potássio-40, que é apenas 119/10.000 em uma mistura natural. Além disso, entre os radionuclídeos ativos beta-menos naturais significativos estão os produtos de decaimento alfa e beta de urânio e tório.
O decaimento beta tem um exemplo típico: tório-234, que no decaimento alfa se transforma em protactínio-234, e então da mesma forma se torna urânio, mas seu outro isótopo número 234. Este urânio-234 novamente devido ao alfa decadência torna-setório, mas já uma variedade diferente dele. Este tório-230 torna-se então rádio-226, que se transforma em radônio. E na mesma sequência, até o tálio, apenas com diferentes transições beta de volta. Este decaimento beta radioativo termina com a formação de chumbo-206 estável. Esta transformação tem a seguinte fórmula:
Th-234 -> Pa-234 -> U-234 -> Th-230 -> Ra-226 -> Rn-222 -> At-218 -> Po-214 -> Bi-210 -> Pb-206
Radionuclídeos beta ativos naturais e significativos são K-40 e elementos de tálio a urânio.
Decaimento Beta-plus
Há também uma transformação beta mais. Também é chamado de decaimento beta de pósitrons. Ele emite uma partícula chamada pósitron do núcleo. O resultado é a transformação do elemento original no elemento da esquerda, que tem um número menor.
Exemplo
Quando ocorre o decaimento beta do elétron, o magnésio-23 torna-se um isótopo estável de sódio. O európio-150 radioativo torna-se o samário-150.
A reação de decaimento beta resultante pode criar emissões beta+ e beta-. A velocidade de escape da partícula em ambos os casos é 0,9 vezes a velocidade da luz.
Outros decaimentos radioativos
Além de reações como decaimento alfa e decaimento beta, cuja fórmula é amplamente conhecida, existem outros processos mais raros e mais característicos de radionuclídeos artificiais.
Decaimento de nêutrons. Uma partícula neutra de 1 unidade é emitidamassas. Durante ele, um isótopo se transforma em outro com um número de massa menor. Um exemplo seria a conversão de lítio-9 em lítio-8, hélio-5 em hélio-4.
Quando um isótopo estável de iodo-127 é irradiado com raios gama, torna-se o isótopo número 126 e adquire radioatividade.
Decaimento do próton. É extremamente raro. Durante ele, um próton é emitido, com carga de +1 e 1 unidade de massa. O peso atômico diminui em um valor.
Qualquer transformação radioativa, em particular, decaimentos radioativos, é acompanhada pela liberação de energia na forma de radiação gama. Eles chamam de raios gama. Em alguns casos, são observados raios X de energia mais baixa.
Decaimento gama. É um fluxo de gama quanta. É a radiação eletromagnética, mais dura que o raio-X, que é usada na medicina. Como resultado, aparecem os quanta gama, ou fluxos de energia do núcleo atômico. Os raios X também são eletromagnéticos, mas se originam das camadas eletrônicas do átomo.
Corrida de partículas alfa
Partículas alfa com massa de 4 unidades atômicas e carga de +2 se movem em linha reta. Por causa disso, podemos falar sobre o intervalo de partículas alfa.
O valor da corrida depende da energia inicial e varia de 3 a 7 (às vezes 13) cm no ar. Em um meio denso, é um centésimo de milímetro. Essa radiação não pode penetrar em uma folhapapel e pele humana.
Por causa de sua própria massa e número de carga, a partícula alfa tem o maior poder ionizante e destrói tudo em seu caminho. A este respeito, os radionuclídeos alfa são os mais perigosos para humanos e animais quando expostos ao corpo.
penetração de partículas beta
Devido ao pequeno número de massa, que é 1836 vezes menor que um próton, carga negativa e tamanho, a radiação beta tem um efeito fraco sobre a substância através da qual voa, mas, além disso, o voo é mais longo. Além disso, o caminho da partícula não é reto. A este respeito, eles falam de capacidade de penetração, que depende da energia recebida.
O poder de penetração das partículas beta produzidas durante o decaimento radioativo atinge 2,3 m no ar, em líquidos é contado em centímetros e em sólidos - em frações de centímetro. Os tecidos do corpo humano transmitem radiação com 1,2 cm de profundidade. Para proteger contra a radiação beta, uma simples camada de água de até 10 cm pode servir. O fluxo de partículas com uma energia de decaimento suficientemente alta de 10 MeV é quase completamente absorvido por essas camadas: ar - 4 m; alumínio - 2,2 cm; ferro - 7,55 mm; chumbo - 5, 2 mm.
Dado seu pequeno tamanho, as partículas de radiação beta têm uma baixa capacidade de ionização em comparação com as partículas alfa. No entanto, quando ingeridos, são muito mais perigosos do que durante a exposição externa.
Nêutron e gama atualmente têm o maior desempenho de penetração entre todos os tipos de radiação. O alcance dessas radiações no ar às vezes atinge dezenas e centenasmetros, mas com menor desempenho ionizante.
A maioria dos isótopos de raios gama não excede 1,3 MeV em energia. Raramente, são atingidos valores de 6,7 MeV. Nesse sentido, para proteção contra tal radiação, são utilizadas camadas de aço, concreto e chumbo para o fator de atenuação.
Por exemplo, para atenuar dez vezes a radiação gama de cob alto, é necessária uma blindagem de chumbo com cerca de 5 cm de espessura, para uma atenuação de 100 vezes, 9,5 cm. A blindagem de concreto será de 33 e 55 cm e água - 70 e 115 cm.
O desempenho ionizante dos nêutrons depende de seu desempenho energético.
Em qualquer situação, a melhor maneira de se proteger contra a radiação é ficar o mais longe possível da fonte e passar o menor tempo possível na área de alta radiação.
Fissão de núcleos atômicos
Sob a fissão dos núcleos dos átomos entende-se espontânea, ou sob a influência de nêutrons, a divisão do núcleo em duas partes, aproximadamente iguais em tamanho.
Estas duas partes tornam-se isótopos radioativos de elementos da parte principal da tabela de elementos químicos. Começando do cobre aos lantanídeos.
Durante a liberação, alguns nêutrons extras escapam e há um excesso de energia na forma de gama quanta, que é muito maior do que durante o decaimento radioativo. Assim, em um ato de decaimento radioativo, aparece um quanta gama e, durante o ato de fissão, aparecem 8, 10 quanta gama. Além disso, fragmentos dispersos possuem uma grande energia cinética, que se transforma em indicadores térmicos.
Os nêutrons liberados são capazes de provocar a separação de um par de núcleos semelhantes se estiverem localizados próximos e os nêutrons os atingirem.
Isso aumenta a possibilidade de uma reação em cadeia ramificada e acelerada de dividir núcleos atômicos e criar uma grande quantidade de energia.
Quando tal reação em cadeia está sob controle, ela pode ser usada para certos propósitos. Por exemplo, para aquecimento ou eletricidade. Tais processos são realizados em usinas e reatores nucleares.
Se você perder o controle da reação, ocorrerá uma explosão atômica. Semelhante é usado em armas nucleares.
Em condições naturais, há apenas um elemento - urânio, que tem apenas um isótopo físsil com o número 235. É de grau de armas.
Em um reator atômico de urânio comum de urânio-238, sob a influência de nêutrons, eles formam um novo isótopo no número 239 e a partir dele - plutônio, que é artificial e não ocorre naturalmente. Nesse caso, o plutônio-239 resultante é usado para fins de armas. Este processo de fissão de núcleos atômicos é a essência de todas as armas e energia atômica.
Fenômenos como o decaimento alfa e o decaimento beta, cuja fórmula é estudada na escola, são difundidos em nosso tempo. Graças a essas reações, existem usinas nucleares e muitas outras indústrias baseadas na física nuclear. No entanto, não se esqueça da radioatividade de muitos desses elementos. Ao trabalhar com eles, é necessária uma proteção especial e o cumprimento de todas as precauções. Caso contrário, isso pode levar adesastre irreparável.
