Alfa hiukkanen

Kokeneet kirjoittajat eivät ole vielä tarkistaneet sivun nykyistä versiota, ja se voi poiketa merkittävästi 27. maaliskuuta 2022 tarkistetusta versiosta . tarkastukset vaativat 2 muokkausta .
alfa hiukkanen
α, α2 + , He 2+
alfa hiukkanen
isotoopin ydin Helium-4 ( )
Kemiallinen alkuaine Helium
Yhdiste 2 protonia , 2 neutronia
Perhe bosoni
Magneettinen momentti 0
Sähköinen kvadrupolimomentti 0
Massaluku ( baryoniluku ) neljä
Paino 3,727379240(82) GeV (noin 6,644656⋅10 −27 kg)
Messu , a.m.u. 4,001506179125(62)
Sidosenergia 28,3 MeV (7,1 MeV nukleonia kohti) [1]
Elinikä vakaa
Pariteetti +
kvanttiluvut
Sähkövaraus 2
Pyöritä 0
Isotooppinen spin 0
Hyperlataus neljä

Alfahiukkanen (α-partikkeli) - positiivisesti varautunut hiukkanen , joka muodostuu kahdesta protonista ja kahdesta neutronista ; helium-4- atomin ydin ( ) . Löysi ensimmäisen kerran E. Rutherford vuonna 1899 [1] . Alfahiukkaset voivat aiheuttaa ydinreaktioita ; ensimmäisessä keinotekoisesti aiheutetussa ydinreaktiossa, jonka E. Rutherford suoritti vuonna 1919 (typpiytimien muuttaminen happiytimiksi), osallistuivat alfahiukkaset. Alfahiukkasten virtausta kutsutaan alfasäteiksi [2] tai alfasäteilyksi [3] .

Koulutus

Alfahiukkasia syntyy ytimien alfahajoamisesta , ydinreaktioiden aikana ja helium-4-atomien täydellisen ionisaation seurauksena. Esimerkiksi litium-6- ytimen ja deuteronin vuorovaikutuksen seurauksena voi muodostua kaksi alfahiukkasta: 6 Li + 2 H = 4 He + 4 He . Alfahiukkaset muodostavat olennaisen osan kosmisista primäärisäteistä ; useimmat niistä ovat kiihdytettyjä heliumytimiä tähtien ilmakehästä ja tähtienvälisestä kaasusta , jotkut ovat tulosta raskaampien kosmisten säteiden ytimistä ydinhalkeamisreaktioista. Suurienergisiä alfahiukkasia voidaan tuottaa käyttämällä hiukkaskiihdyttimiä .

Ominaisuudet

Alfahiukkasen massa on 4,001 506 179 127(63) atomimassayksikköä [4] (noin 6,644 657 3357(20)⋅10 −27 kg ) , mikä vastaa energiaa 3727,379 4066 (11 ) ] . Spin ja magneettimomentti ovat nolla. Sitoutumisenergia (energiayksikköinä ilmaistuna kahden protonin ja kahden neutronin kokonaismassan ja alfahiukkasen massan erotus) on 28,295 6108(16) MeV ( 7,073 9027(4) MeV per nukleoni ) [6] [ 7] . Massaylimäärä on 2424,9158(1) keV [8] . Alfahiukkasen varaus on positiivinen ja kaksinkertainen alkuainevaraukseen verrattuna , eli noin 3,218 10 −19 C.

Penetration

Raskaasti varautuneet hiukkaset ovat vuorovaikutuksessa pääasiassa atomielektronien kanssa ja siksi poikkeavat vähän alkuperäisen liikkeensä suunnasta. Tämän seurauksena raskaan hiukkasen R polku mitataan suoralla etäisyydellä hiukkasten lähteestä niiden pysähtymiskohtaan. Tyypillisesti ajo mitataan pituusyksiköissä (m, cm, mikronit) sekä materiaalin pintatiheydellä (tai vastaavasti ajon pituus kertaa tiheys) (g/cm2 ) . Alueen ilmaisu pituusyksiköissä on järkevää väliaineen kiinteälle tiheydelle (esimerkiksi kuiva ilma valitaan usein väliaineeksi normaaleissa olosuhteissa ). Alueen fyysinen merkitys pintatiheydellä on massa kerroksen pinta-alayksikköä kohti, joka riittää pysäyttämään hiukkasen.

α-hiukkasen polun pituus riippuen sen energiasta ja väliaineesta
keskiviikko α-hiukkasten energia, MeV
neljä 6 kahdeksan kymmenen
α-hiukkasen polun pituus, mm
Ilmaa normaaleissa olosuhteissa 25 46 74 106
biologista kudosta 0,031 0,056 0,096 0,130
Alumiini 0,016 0,030 0,048 0,069

Tunnistus

Alfahiukkaset havaitaan käyttämällä tuikeilmaisimia , kaasupurkausilmaisimia , piinastadiodeja (beeta- ja gammasäteilylle herkkiä pintasulkuilmaisimia) ja asianmukaista vahvistinelektroniikkaa sekä jäljitysilmaisimia . Alfahiukkasten havaitsemiseksi, joiden energiat ovat tyypillisiä radioaktiiviselle hajoamiselle, on tarpeen tarjota alhainen pintatiheys näytölle, joka erottaa ilmaisimen herkän tilavuuden ympäristöstä. Esimerkiksi kaasupurkausilmaisimiin voidaan asentaa usean mikronin paksuinen, alfahiukkasille läpinäkyvä kiilleikkuna. Puolijohdepinnan esteilmaisimissa tällaista näyttöä ei tarvita, ilmaisimen työalue voi olla suorassa kosketuksessa ilman kanssa. Kun alfa-aktiivisia radionuklideja havaitaan nesteistä, testiaine sekoitetaan nestetuikeeseen.

Tällä hetkellä yleisimpiä ovat piipintabarrier-alfahiukkasilmaisimet, joissa p -tyypin johtavuuden omaavan puolijohdekiteen pinnalle muodostetaan n -tyypin johtavuudella oleva ohut kerros diffuusiolla johtamalla luovuttajaepäpuhtautta (esim. fosfori ). Käänteisen biasin soveltaminen pn - liitokseen tyhjentää ilmaisimen herkän alueen varauksenkantajilla . Aineen ionisoiva alfahiukkanen tulee tälle alueelle aiheuttaen useiden miljoonien elektronireikäparien syntymisen, jotka aiheuttavat rekisteröidyn virtapulssin, jonka amplitudi on verrannollinen muodostuneiden parien lukumäärään ja vastaavasti absorboituneen alfahiukkasen kineettiseen energiaan. . Koska tyhjennysalueen paksuus on hyvin pieni, detektori on herkkä vain hiukkasille, joilla on korkea ionisaatiotiheys (alfa-hiukkaset, protonit, fissiofragmentit, raskaat ionit) eikä se ole herkkä beeta- ja gammasäteilylle.

Vaikutus elektroniikkaan

Edellä kuvattu mekanismi puolijohteiden alfahiukkasen elektroni-aukko-parien luomiseksi voi aiheuttaa puolijohdelaukaisimen luvattoman kytkemisen, kun riittävän energian omaava alfahiukkanen osuu piisiruun. Tässä tapauksessa muistissa oleva yksittäinen bitti korvataan nollalla (tai päinvastoin). Tällaisten virheiden määrän vähentämiseksi mikropiirien valmistuksessa käytetyillä materiaaleilla tulisi olla alhainen alfa-aktiivisuus.

Ihmisen vaikutus

Ytimen hajoamisen aikana muodostuneiden alfahiukkasten kineettinen alkuenergia on välillä 1,8-15 MeV [9] . Kun alfahiukkanen liikkuu aineen läpi, se muodostaa voimakkaan ympäröivien atomien ionisaation ja sen seurauksena se menettää energiaa hyvin nopeasti. Radioaktiivisesta hajoamisesta syntyvien alfahiukkasten energia ei riitä edes ihon kuolleen kerroksen voittamiseksi , joten tällaisille alfahiukkasille ulkoisessa altistumisessa ei ole säteilyriskiä. Ulkoinen alfasäteily on terveydelle vaarallista vain, jos kyseessä ovat korkeaenergiset alfahiukkaset (energiat ylittävät kymmeniä MeV), joiden lähde on kiihdytin . Alfa-aktiivisten radionuklidien tunkeutuminen kehoon, kun kehon elävät kudokset altistuvat suoraan säteilylle, on kuitenkin erittäin vaarallista terveydelle, koska suuri ionisaatiotiheys hiukkasradalla vahingoittaa vakavasti biomolekyylejä . Uskotaan [10] , että samalla energian vapautumisella ( absorboitunut annos ) sisäisen säteilytyksen aikana kertynyt ekvivalenttiannos alfa-hiukkasilla, joiden energiat ovat radioaktiiviselle hajoamiselle ominaisia, on 20 kertaa suurempi kuin säteilytyksen aikana gamma- ja röntgenkvanteilla. Korkeaenergisten alfahiukkasten lineaarinen energiansiirto (energialla 200 MeV ja enemmän) on kuitenkin paljon pienempi, joten niiden suhteellinen biologinen tehokkuus on verrattavissa gamma-kvanttien ja beetahiukkasten tehokkuuteen .

Siten α-hiukkaset, joiden energia on vähintään 10 MeV ja jotka riittävät voittamaan ihon kuolleen sarveiskerroksen , voivat aiheuttaa vaaran ihmisille ulkoisen säteilytyksen aikana. Samaan aikaan useimmat tutkitut α-hiukkaskiihdyttimet toimivat alle 3 MeV:n energioilla [11] .

Paljon suurempi vaara ihmisille ovat α-hiukkaset, jotka syntyvät elimistöön (erityisesti hengitysteiden tai ruoansulatuskanavan kautta ) päässyt radionuklidien alfahajoamisesta [12] . Mikroskooppinen määrä α-radioaktiivista ainetta (esim . polonium-210 ) riittää aiheuttamaan uhrille akuutin säteilysairauden , joka usein johtaa kuolemaan [12] .

Katso myös

Muistiinpanot

  1. ↑ 1 2 Ogloblin A. A., Lomanov M. F. ALFAHIUKKA // Suuri venäläinen tietosanakirja. Sähköinen versio (2016); https://bigenc.ru/physics/text/1816460 Arkistoitu 27. maaliskuuta 2022 Wayback Machinessa Käytetty: 27.03.2022
  2. ↑ Gordienko V. A. Johdatus ekologiaan (15. toukokuuta 2012). Haettu 27. maaliskuuta 2022. Arkistoitu alkuperäisestä 27. maaliskuuta 2022.
  3. ↑ Hiukkasten vuorovaikutus aineen kanssa Arkistoitu 18. heinäkuuta 2012 Wayback Machinessa .
  4. ↑ Alfahiukkasmassa u :ssa Arkistoitu 30. lokakuuta 2021 Wayback Machinessa . 2018 CODATA-suositusarvot.
  5. ↑ Alfahiukkasten massaenergian ekvivalentti MeV:ssä Arkistoitu 23. maaliskuuta 2021 Wayback Machinessa . 2018 CODATA-suositusarvot.
  6. ↑ Meng Wang , Huang WJ , Kondev FG , Audi G. , Naimi S. Ame2020-atomimassan arviointi (II). Taulukot, kaaviot ja viitteet  (englanniksi)  // Chinese Physics C. - 2021. - Vol. 43 , iss. 3 . - P. 030003-1-030003-512 . - doi : 10.1088/1674-1137/abddaf .
  7. ↑ Huomaa, että Nubase2020- ja AME 2020 -tietokannat sisältävät massat ja johdetut suureet neutraalille, virittymättömälle helium-4-atomille; muuntaakseen alfahiukkaseksi (kaksoisionisoitu helium-4-atomi) on vähennettävä kahden elektronin massat 2 × 0,510 998 950 00 (15) MeV ja lisätään niiden sitoutumisenergia alimmassa tilassa, 0,000 079 005 MeV .
  8. ↑ Kondev FG , Wang M. , Huang WJ , Naimi S. , Audi G. Nubase2020 -arvio ydinominaisuuksista  // Chinese Physics  C. - 2021. - Vol. 45 , iss. 3 . - P. 030001-1-030001-180 . - doi : 10.1088/1674-1137/abddae .Avoin pääsy
  9. ↑ Joissakin tapauksissa alfa-hajoamisen aikana alfahiukkasta lähettävä ydin voi ensin siirtyä virittyneeseen tilaan . Tässä tapauksessa emittoituneen alfahiukkasen energia osoittautuu pienemmäksi kuin siirtymisen aikana tytärytimen päätasolle, koska osa energiasta jää ytimeen. Herätetty taso hajoaa myöhemmin ytimen perustilaan, ja gammasäde kuljettaa energiaa pois tai siirtää atomikuoren elektroneihin (katso Sisäinen muunnos ). Ytimen siirtymisen todennäköisyys alfa-hajoamisen aikana kiihtyneelle tasolle on kuitenkin pääsääntöisesti tukahdutettu, mikä liittyy alfa-hajoamisen todennäköisyyden eksponentiaaliseen vähenemiseen emittoituneen alfan liike-energian pienentyessä. hiukkasia.
  10. ↑ Kansainvälisen säteilysuojelukomission (ICRP) julkaisu 103. Per englannista. / Yleistoimituksessa. M. F. Kiseleva ja N. K. Shandaly. - M .: Toim. LLC PKF "Alana", 2009. - S. 68-71. - 1000 kappaletta.  - ISBN 978-5-9900350-6-5 .
  11. ↑ Vasilenko O.I. , Ishkhanov B.S. ,  Kapitonov I.M. ,  Seliverstova Zh.M. , Shumakov A.V. SÄTEILY . - M . : Moskovan yliopiston kustantamo, 1996.
  12. ↑ 1 2 BBC: "Oikeudelle kerrottiin, kuinka polonium löydettiin Litvinenkon ruumiista" . Käyttöpäivä: 29. tammikuuta 2015. Arkistoitu alkuperäisestä 31. tammikuuta 2015.

Kirjallisuus

  Siirry Wikidata-kohteeseen  Sanakirjat ja tietosanakirjat
Bibliografisissa luetteloissa
 Partikkeliluokitukset
Nopeus suhteessa valonnopeuteen
Sisäisen rakenteen ja erotettavuuden ansiosta
Fermionit antihiukkasen läsnäolon ansiosta
Muodostunut radioaktiivisen hajoamisen aikana
Ehdokkaita pimeän aineen hiukkasten rooliin
Universumin inflaatiomallissa
Sähkövarauksen läsnäolon ansiosta
Teorioissa spontaanista symmetrian rikkomisesta
Elinajan mukaan
Muut luokat