А́льфа-ро́зпад, α-розпад, альфа-радіоактивність — вид радіоактивного розпаду ядра, при якому випромінюються альфа-частинки — ядра 42He. При цьому масове число ядра зменшується на 4, а атомний номер на 2.
Період альфа-розпаду визначається (законом Гейгера-Неттола).
Альфа-розпад пояснюється тунелюванням ядра гелію крізь потенціальний бар'єр, зумовлений сильною взаємодією, яка утримує нуклони важкого ядра.
Історія
Вперше альфа-розпад був ідентифікований британським фізиком Ернестом Резерфордом в 1899 році. Одночасно в Парижі французький фізик [ru] проводив аналогічні експерименти, але не встиг раніше Резерфорда. Першу кількісну теорію альфа-розпаду розробив у 1928 році радянський та американський фізик (Джордж Гамов).
Теорія
Альфа-розпад з основного стану спостерігається тільки у достатньо важких ядер. Альфа-радіоактивні ядра в таблиці ізотопів з'являються починаючи з атомного номера 52 (телур) і масового числа близько 106–110, а при атомному номері більше 82 і масовому числі більше 200 практично всі нукліди альфа-радіоактивні, хоча альфа-розпад у них може бути і не домінантною модою розпаду. Серед природних ізотопів альфа-радіоактивність спостерігається у декількох нуклідів рідкісноземельних елементів (неодим-144, самарій-147, самарій-148, європій-151, гадоліній-152), а також у декількох нуклідів важких металів (гафній-174, вольфрам-180, осмій-186, платина-190, вісмут-209, торій-232, уран-235, уран-238) і у продуктів розпаду урану і торію з коротким життям.
Альфа-розпад з високозбуджених станів ядра спостерігається і в деяких легких нуклідів, наприклад у літію-7.
Альфа-частинка зазнає тунельного переходу через кулонівський бар'єр в ядрі, тому альфа-розпад є суттєво квантовим процесом. Оскільки ймовірність тунельного ефекту залежить від висоти бар'єру експоненціально, період напіврозпаду альфа-активних ядер експоненціально зростає зі зменшенням енергії альфа-частинки (цей факт складає зміст (закону Ґейґера–Неттола)). При енергії альфа-частинки менше 2 МеВ час життя альфа-активних ядер суттєво перевищує час існування Всесвіту. Тому, хоча більшість природних ізотопів важчі від церію в принципі здатні розпадатися за цим каналом, лише для небагатьох з них такий розпад дійсно зафіксований.
Швидкість вилітання альфа-частинки складає від 9400 км/с (ізотоп неодиму 144Nd) до 23700 км/с у ізотопу полонію 212mPo).
У загальному вигляді формула альфа-розпаду має такий вигляд:
Приклад альфа-розпаду для ізотопу 238U:
Альфа-розпад може розглядатися як граничний випадок кластерного розпаду.
Небезпека для живих організмів
Оскільки альфа-частинки від радіоактивного розпаду доволі важкі і позитивно заряджені, вони мають дуже короткий пробіг в речовині і при русі в середовищі швидко втрачають енергію на невеликій відстані від джерела. Це призводить до того, що вся енергія випромінювання вивільняється в малому об'ємі речовини, що збільшує шанси пошкодження клітин при потраплянні джерела випромінювання всередину організму. Однак зовнішнє випромінювання від радіоактивних джерел нешкідливе, оскільки альфа-частинки можуть ефективно затримуватись кількома сантиметрами повітря або десятками мікрометрів щільної речовини — наприклад, листом паперу і навіть роговим відмерлим шаром епідермісу, не досягаючи живих клітин. Навіть доторкання до джерела чистого альфа-випромінювання не є небезпечним, хоча слід пам'ятати, що численні джерела альфа-випромінювання випромінюють також набагато більш проникаючі типи випромінювання (бета-частинки, гамма-кванти, іноді нейтрони). Однак потрапляння альфа-джерела всередину організму призводить до значного опромінення. [ru] альфа-випромінювання дорівнює 20 (більше від усіх інших типів іонізуючого випромінювання, за винятком важких ядер і осколків поділу). Це означає, що в живих тканинах альфа-частинка створює приблизно в 20 разів більші ушкодження, ніж гамма-квант або бета-частинка рівної енергії.
Все вищевикладене відноситься до радіоактивних джерел альфа-частинок, енергії яких не перевищують 15 МеВ. Альфа-частинки, отримані на прискорювачі, можуть мати значно вищі енергії і створювати значну дозу навіть при зовнішньому опроміненні організму.
Див. також
Примітки
- Мухин К. Н. Экспериментальная ядерная физика. В 2 кн. Кн. 1. Физика атомного ядра. Ч. I. Свойства нуклонов, ядер и радиоактивных излучений. — М.: Энергоатомиздат, 1993. — С. 137. — (рос.)
- E. Rutherford Випромінювання урану та викликана ним електрична провідність="Uranium radiation and the electrical conduction produced by it" [ 25 квітня 2015 у Wayback Machine.] Philosophical Magazine (1899), Series 5, vol. 47, no. 284, pages 109—163.
Література
- Мала гірнича енциклопедія : у 3 т. / за ред. В. С. Білецького. — Д. : Донбас, 2004. — Т. 1 : А — К. — 640 с. — .
- Б. М. Яворский, А. А. Детлаф, А. К. Лебедев. Справочник по физике. — М. : «ОНИКС», «Мир и Образование», 2006. — 1056 с. — 7 000 прим. — .
Вікіпедія, Українська, Україна, книга, книги, бібліотека, стаття, читати, завантажити, безкоштовно, безкоштовно завантажити, mp3, відео, mp4, 3gp, jpg, jpeg, gif, png, малюнок, музика, пісня, фільм, книга, гра, ігри, мобільний, телефон, android, ios, apple, мобільний телефон, samsung, iphone, xiomi, xiaomi, redmi, honor, oppo, nokia, sonya, mi, ПК, web, Інтернет