Образовака🌡️ Физика11 классКвантовая физика

Альфа-излучение

4.5

Средняя оценка: 4.5

Всего получено оценок: 77.

Одним из видов радиоактивного излучения является альфа-излучение. Это излучение сопровождает радиоактивный распад практически всех ядер тяжелее свинца. Познакомимся со свойствами и характеристиками альфа-излучения.

Открытие альфа-излучения

Радиоактивность (способность некоторых химических элементов самопроизвольно превращаться в другие элементы, излучая при этом невидимые лучи) была открыта в конце XIX в. Невидимые лучи обнаруживались по воздействию на фотопластинку, и для определения их состава в 1899 г. Э. Резерфорд поставил специальный эксперимент.

Рис. 1. Опыт Резерфорда по радиоактивности 1899.

Свинцовый контейнер с солью радия (или другим радиоактивным препаратом) имеет специальное окно, через которое излучение попадает на фотопластинку. Если в этом излучении имеются заряженные частицы, то, создав на их пути магнитное поле, можно отклонить траектории их движения. В результате, след на фотопластинке будет сдвинут.

После проведения опыта оказалось, что след на пластинке распался на три области. Две области были смещены в разных направлениях на разные расстояния, и на прежнем месте также осталась засвеченная область.

Это означает, что в радиоактивном излучении присутствуют частицы трех видов. Пятно с небольшим сдвигом оставляют тяжелые положительные частицы, пятно с большим противоположным сдвигом — легкие отрицательные. Частицы, образовавшие пятно на прежнем месте, — электрически нейтральны.

Тяжелые положительные частицы были названы альфа-частицами, легкие отрицательные — бета-частицами, нейтральные частицы — гамма-частицами.

По отклонению альфа-частиц в магнитных и электрических полях можно было установить отношение заряда частиц к их массе. Оно оказалось в два раза меньше, чем у атомов водорода (протонов).

Для измерения заряда альфа-частицы использовался счетчик Гейгера, совмещенный с электроскопом. Счетчик Гейгера регистрировал количество альфа-частиц, а электроскоп — получаемый при этом заряд.

Выяснилось, что альфа-частица имеет удвоенный заряд протона, а их масса вчетверо больше массы атома водорода. Такие характеристики имеет элемент гелий. То есть альфа-лучи являются ядрами гелия. Собирая альфа-частицы в течение нескольких дней и проводя спектральный анализ, Э. Резерфорд доказал это экспериментально.

Альфа-радиоактивные ядра

Исследования показывают, что ядро гелия обладает очень высокой стабильностью. Именно поэтому при распаде от нестабильных тяжелых ядер чаще всего отрываются не отдельные протоны или нейтроны, а устойчивая система из четырех нуклонов (двух протонов и двух нейтронов). Практически все элементы с атомным весом более 200 являются альфа-радиоактивными: к примеру, элементы уран, радий, торий испускают альфы-лучи.

При альфа-распаде элемент уменьшает свой номер в Периодической системе Менделеева на 2 единицы, а его атомный вес уменьшается на 4 единицы.

Свойства альфа-лучей

Поскольку альфа-частицы имеют большую массу и электрический заряд, их проникающая способность невелика. Даже в воздухе в нормальных условиях альфа-частицы полностью останавливаются через несколько десятков сантиметров. Металлическая фольга толщиной 0,1 мм полностью задерживает поток альфа-частиц. Даже попадая на открытую биологическую ткань, альфа-частицы задерживаются уже кожей.

Однако при своем движении альфа-частицы сильно ионизируют вещество. Поэтому попадание альфа-радиоактивного препарата внутрь организма приводит к серьезным внутренним ожогам и нарушению жизнедеятельности органов.

Эта же высокая способность к ионизации приводит к сильному влиянию альфа-излучения на электронные компоненты техники. Поэтому все они при необходимости должны быть защищены металлическими экранами.

Что мы узнали?

Альфа-излучение представляет собой поток ядер гелия. Ядро гелия имеет высокую энергетическую стабильность, поэтому большинство тяжелых элементов с атомным весом более 200 испускают не отдельные протоны или нейтроны, а альфа-частицы. Альфа-лучи обладают невысокой проникающей способностью, однако сильно ионизируют вещество при облучении.