Interested Article - Альфа-частица

doriana
  • 2020-07-29
  • 1

А́льфа-части́ца (α-частица) — положительно заряженная частица , образованная двумя протонами и двумя нейтронами ; ядро атома гелия-4 ( ) . Впервые обнаружены Э. Резерфордом в 1899 году . Альфа-частицы могут вызывать ядерные реакции ; в первой искусственно вызванной ядерной реакции, проведённой Э. Резерфордом в 1919 году (превращение ядер азота в ядра кислорода) участвовали именно альфа-частицы. Поток альфа-частиц называют альфа-лучами или альфа-излучением .

Образование

Альфа-частицы возникают при альфа-распаде ядер, при ядерных реакциях и в результате полной ионизации атомов гелия-4. Например, в результате взаимодействия ядра лития-6 с дейтроном могут образоваться две альфа-частицы: 6 Li + 2 H = 4 He + 4 He . Альфа-частицы составляют существенную часть первичных космических лучей ; большинство из них являются ускоренными ядрами гелия из звёздных атмосфер и межзвёздного газа , некоторые возникли в результате ядерных реакций скалывания из более тяжёлых ядер космических лучей. Альфа-частицы высоких энергий могут быть получены с помощью ускорителей заряженных частиц .

Свойства

Масса альфа-частицы составляет 4,001 506 179 127(63) атомной единицы массы ( 6,644 657 3357(20)⋅10 −27 кг ), что эквивалентно энергии 3727,379 4066(11) МэВ . Спин и магнитный момент равны нулю. Энергия связи (выраженная в энергетических единицах разница между суммарной массой двух протонов и двух нейтронов и массой альфа-частицы) составляет 28,295 6108(16) МэВ ( 7,073 9027(4) МэВ на нуклон ) . Избыток массы составляет 2424,9158(1) кэВ . Заряд альфа-частицы положителен и равен удвоенному элементарному заряду , или примерно 3,218·10 −19 Кл .

Проникающая способность

Тяжёлые заряженные частицы взаимодействуют в основном с атомными электронами и поэтому мало отклоняются от направления своего первоначального движения. Вследствие этого пробег тяжёлой частицы R измеряют расстоянием по прямой от источника частиц до точки их остановки. Обычно пробег измеряется в единицах длины (м, см, мкм), а также поверхностной плотности материала (или, что равнозначно, длины пробега, умноженной на плотность) (г/см 2 ). Выражение пробега в единицах длины имеет смысл для фиксированной плотности среды (например, часто в качестве среды выбирается сухой воздух при нормальных условиях ). Физический смысл пробега в терминах поверхностной плотности — масса единицы площади слоя, достаточного для остановки частицы.

Длина пробега α -частицы в зависимости от её энергии и среды
Среда Энергия α -частиц, МэВ
4 6 8 10
Длина пробега α -частицы, мм
Воздух при нормальных условиях 25 46 74 106
Биологическая ткань 0,031 0,056 0,096 0,130
Алюминий 0,016 0,030 0,048 0,069

Детектирование

Детектируются альфа-частицы с помощью сцинтилляционных детекторов , газоразрядных детекторов , кремниевых pin-диодов (поверхностно-барьерных детекторов, нечувствительных к бета- и гамма-излучению) и соответствующей усилительной электроники, а также с помощью . Для детектирования альфа-частиц с энергиями, характерными для радиоактивного распада, необходимо обеспечить малую поверхностную плотность экрана, отделяющего чувствительный объём детектора от окружающей среды. Например, в газоразрядных детекторах может устанавливаться слюдяное окно с толщиной в несколько микрон, проницаемое для альфа-частиц. В полупроводниковых поверхностно-барьерных детекторах такой экран не нужен, рабочая область детектора может непосредственно контактировать с воздухом. При детектировании альфа-активных радионуклидов в жидкостях исследуемое вещество смешивается с жидким сцинтиллятором.

В настоящее время наиболее распространены кремниевые поверхностно-барьерные детекторы альфа-частиц, в которых на поверхности полупроводникового кристалла с проводимостью p -типа создаётся тонкий слой с проводимостью n -типа путём диффузионного введения донорной примеси (например, фосфора ). Приложение обратного смещения к p-n -переходу обедняет чувствительную область детектора носителями заряда . Попадание в эту область альфа-частицы, ионизирующей вещество, вызывает рождение нескольких миллионов электронно-дырочных пар, которые вызывают регистрируемый импульс тока с амплитудой , пропорциональной количеству родившихся пар и, соответственно, кинетической энергии поглощённой альфа-частицы. Поскольку обеднённая область имеет очень малую толщину, детектор чувствителен лишь к частицам с высокой плотностью ионизации (альфа-частицы, протоны, осколки деления, тяжёлые ионы) и малочувствителен к бета- и гамма-излучению.

Воздействие на электронику

Вышеописанный механизм рождения электронно-дырочных пар альфа-частицей в полупроводниках может вызвать несанкционированное переключение полупроводникового триггера при попадании альфа-частицы с достаточной энергией на кремниевый чип. При этом единичный бит в памяти заменяется нулевым (или наоборот). Для уменьшения количества таких ошибок материалы, используемые в производстве микросхем, должны обладать низкой собственной альфа-активностью.

Воздействие на человека

Альфа-частицы, образованные при распаде ядра, имеют начальную кинетическую энергию в диапазоне 1,8—15 МэВ . При движении альфа-частицы в веществе она создаёт сильную ионизацию окружающих атомов и в результате этого очень быстро теряет энергию. Энергии альфа-частиц, возникающих в результате радиоактивного распада , не хватает даже для преодоления мёртвого ороговевшего слоя кожи , поэтому радиационный риск при внешнем облучении такими альфа-частицами отсутствует. Внешнее альфа-облучение опасно для здоровья только в случае высокоэнергичных альфа-частиц (с энергией выше десятков МэВ), источником которых является ускоритель . Однако проникновение альфа-активных радионуклидов внутрь тела, когда облучению подвергаются непосредственно живые ткани организма, весьма опасно для здоровья, поскольку большая плотность ионизации вдоль трека частицы сильно повреждает биомолекулы . Считается , что при равном энерговыделении ( поглощённой дозе ) эквивалентная доза , набранная при внутреннем облучении альфа-частицами с энергиями, характерными для радиоактивного распада, в 20 раз выше , чем при облучении гамма- и рентгеновскими квантами. В то же время для более высокоэнергичных альфа-частиц линейная передача энергии значительно меньше, поэтому относительная биологическая эффективность альфа-частиц с энергиями 200 МэВ и выше сравнима с таковой для гамма-квантов и бета-частиц .

Таким образом, опасность для человека при внешнем облучении могут представлять α -частицы с энергиями 10 МэВ и выше, достаточными для преодоления омертвевшего рогового слоя кожного покрова. В то же время большинство исследовательских ускорителей α -частиц работает на энергиях ниже 3 МэВ .

Гораздо бо́льшую опасность для человека представляют α-частицы, возникающие при альфа-распаде радионуклидов, попавших внутрь организма (в частности, через дыхательные пути или пищеварительный тракт ) . Достаточно микроскопического количества α-радиоактивного вещества (например полония-210 ), чтобы вызвать у пострадавшего острую лучевую болезнь , зачастую с летальным исходом .

См. также

Примечания

  1. ↑ Оглоблин А. А., Ломанов М. Ф. АЛЬФА-ЧАСТИЦА // Большая российская энциклопедия. Электронная версия (2016); от 27 марта 2022 на Wayback Machine Дата обращения: 27.03.2022
  2. Гордиенко В. А. (15 мая 2012). Дата обращения: 27 марта 2022. 27 марта 2022 года.
  3. от 18 июля 2012 на Wayback Machine .
  4. от 30 октября 2021 на Wayback Machine . 2018 CODATA recommended values.
  5. от 23 марта 2021 на Wayback Machine . 2018 CODATA recommended values.
  6. Meng Wang , Huang W. J. , Kondev F. G. , Audi G. , Naimi S. (англ.) // Chinese Physics C. — 2021. — Vol. 43 , iss. 3 . — P. 030003-1—030003-512 . — doi : .
  7. Обратите внимание, что в базах данных Nubase2020 и AME 2020 указаны массы и производные величины в отношении нейтрального невозбуждённого атома гелия-4; для пересчёта к альфа-частице (дважды ионизированному атому гелия-4) необходимо вычесть массы двух электронов 2 × 0,510 998 950 00(15) МэВ и прибавить их энергию связи в низшем состоянии, 0,000 079 005 МэВ .
  8. Kondev F. G. , Wang M. , Huang W. J. , Naimi S. , Audi G. (англ.) // . — 2021. — Vol. 45 , iss. 3 . — P. 030001-1—030001-180 . — doi : . Открытый доступ
  9. В некоторых случаях при альфа-распаде ядро, излучающее альфа-частицу, может вначале перейти в возбуждённое состояние . При этом энергия испускаемой альфа-частицы оказывается меньше, чем при переходе на основной уровень дочернего ядра, поскольку часть энергии остаётся в ядре. Возбуждённый уровень впоследствии распадается в основное состояние ядра, а энергия уносится гамма-квантом или передаётся электронам атомной оболочки (см. Внутренняя конверсия ). Однако вероятность перехода ядра при альфа-распаде на возбуждённый уровень, как правило, сильно подавлена, что связано с экспоненциальным уменьшением вероятности альфа-распада при уменьшении кинетической энергии излучаемых альфа-частиц.
  10. Публикация 103 Международной Комиссии по радиационной защите (МКРЗ). Пер с англ. / Под общей ред. М. Ф. Киселёва и Н. К. Шандалы. — М. : Изд. ООО ПКФ «Алана», 2009. — С. 68—71. — 1000 экз. — ISBN 978-5-9900350-6-5 .
  11. Василенко О. И. , Ишханов Б. С. , Капитонов И. М. , Селиверстова Ж. М. , Шумаков А. В. Радиация. — М. : Изд-во Московского университета, 1996.
  12. ↑ . Дата обращения: 29 января 2015. 31 января 2015 года.

Литература

  • Кра­са­вин Е. А. Про­бле­мы ОБЭ и ре­пара­ция ДНК. — М. , 1989.
Источник —

doriana
  • 2020-07-29
  • 1
  • Tags:

Same as Альфа-частица

The title for the last searches