Википедија

Алфа распад — разлика између измена

Интерактиван преглед историје
← Старија изменаНовија измена →
Садржај обрисан Садржај додат
ВизуелноВикитекст
Autobot (разговор | доприноси)
1.572.075 измена
м popunjavanje sablona page
.
Ред 1:
[[Датотека:Alpha_Decay.svg|мини|250п|Шема алфа распада]]
[[Datoteka:Alfa beta gamma radiation.svg|250px|мини|десно|Алфа зрачење може зауставити папир; бета зрачење може зауставити алуминијумски лим дебео неколико милиметара; а већину гама-зрачења може зауставити десетак центиметара дебела оловна плоча.]]
'''Алфа распад''' је облик [[радиоактивност|радиоактивног]] распада у којем се [[атомско језгро]] избацивањем [[алфа распад|алфа честице]] (атомског језгра [[хелијум]]а) преобраћа у језгро са [[масени број|масеним бројем]], -{''А''}-, мањим за 4 јединице и [[редни број|наелетрисањем]], -{''Z''}- мањим за 2 јединице.
[[Datoteka:Alphaspektroskopie.JPG|мини|десно|250px|Извор алфа честица испод детектора зрачења]]
[[Datoteka:Bragg Curve for Alphas in Air.png|мини|десно|250px|Брагова крива приказује број јонизацијских парова које стварају алфа честице на разним удаљеностима од извора.]]
[[Datoteka:EffetTunnel.gif|мини|десно|250px|Будући да полупречник атомског језгра износи око 10<sup>-15</sup> [[metar|-{m}-]], а брзина алфа честице која се у њему креће износи око 10<sup>6</sup> -{m/[[sekunda|s]]}-, следи да алфа-честица долази до спољашње површине приближно 10<sup>6</sup>/10<sup>-15</sup> = 10<sup>21</sup> пута у секунди, односно да она побегне из језгра након 10<sup>21</sup> покушаја. То је заправо бит [[Тунел ефекат|тунелирања]] или тунелског учинка.]]
{{рут}}
'''Алфа распад''' је облик [[радиоактивност|радиоактивног]] распада у којем се [[атомско језгро]] избацивањем [[алфа распад|алфа честице]] (атомског језгра [[хелијум]]а) преобраћа у језгро са [[масени број|масеним бројем]], -{''А''}-, мањим за 4 јединице и [[редни број|наелетрисањем]], -{''Z''}- мањим за 2 јединице. Распад може бити приказан следећом схемомом: <math>{}^{A}_{z}\hbox{X}\;\to\;{}^{A-4}_{z-2}\hbox{Y}\;+\;{}^4_2\alpha^{2+},</math>, где су -{X}- и -{Y}- хемијски симболи родитеља, односно потомка, -{''z''}- редни а -{''А''}- масени број. На пример, распад [[уранијум]]а (-{U}-) се представља нуклеарном реакцијом: <math>{}^2{}^{38}_{92}\hbox{U}\;\to\;{}^2{}^{34}_{90}\hbox{Th}\;+\;{}^4_2\hbox{He}^{2+},</math> што се пише и као: <math>{}^{238}\hbox{U}\;\to\;^{234}\hbox{Th}\;+\;\alpha.</math> Или, распад [[радијум]]а (-{Ra}-): <math>{}^2{}^{26}_{88}\hbox{Ra}\;\to\;{}^2{}^{22}_{86}\hbox{Rn}\;+\;{}^4_2\hbox{He}^{2+},</math> или :<math>{}^{226}\hbox{Ra}\;\to\;^{222}\hbox{Rn}\;+\;\alpha.</math> Поједностављени изрази у којима се наелетрисање језгра не појављује експлицитно чешће се користе јер на први поглед комплетне једначине изгледају по наелетрисањима неуравнотежене. У ствари, узмакло језгро потомка врло брзо губи своја два електрона а на неком другом месту заустављена алфа честица прима два електрона и прелази у неутрални атом хелијума. Дакле, у горњим реакцијама очувани су како бројеви нукелона ([[неутрон]]a, [[протон]]а) тако и број електрона.)
 
Алфа распад се у суштини може сматрати цепањем атомског језгра ([[nuklearna fisija|нуклеарна фисија]]) где се језгро родитељ цепа на два потомка од којих је један хелијум. Алфа распад се одвија помоћу [[тунел ефекат|тунел ефекта]]. За разлику од [[бета распад]]а алфа распад се одвија под утицајем [[јака интеракција|јаке силе]]. Алфа честице имају кинетичку енергију реда 5 -{MeV}- (т. ј., ≈0,13% њихове тоталне енергије која износи 110 -{TJ/kg}-) и брзину од 15.000 -{km/s}- (што одговара брзини приближно 0,05[[брзина светлости|c]]). Упркос томе, алфа честице се у ваздуху заустављају на путањи од неколико сантиметара. Због постојања алфа распада, скоро целокупна количина хелијума насталог на Земљи потиче из наслага минерала који садрже уранијум и [[торијум]] а на површину излази као нуспроизвод у производњи природног (земног) гаса. Алфа распад честица је природан вид зрачења честица. Анализа је показала да је α-зрачење састављено од два протона и два неутрона (конфигурација хелијума). α-распад се јавља код елемената великог редног броја (-{z}- > 82). Настаје емисијом α-честица из језгра искључиво тунел ефектом. Енергије алфа честица имају дискретан спектар и тачно одређен спектар вредности енергија. Вредности енергија α-честица су реда величине неколико -{MeV}--а. Приликом емисије α-честице, језгро радиоактивног елемента (родитеља) је трансформисано у језгро другог елемента (потомка) чији је редни број мањи за два, а масени за четири.
Распад може бити приказан следећом схемомом:
 
Većina [[helij]]a na Zemlji (oko 99%) je produkt alfa-raspada [[uranij]]a i [[torij]]a. Do raspada dolazi zbog nestabilnosti atomske jezgre odnosno neuravnoteženoga broja [[proton]]a i [[neutron]]a u njoj. Neke su atomske jezgre prirodno nestabilne i raspadaju se u dužem ili kraćem vremenskom intervalu (vrijeme poluraspada) a neke stabilne atomske jezgre mogu postati nestabilne nakon što na njih djeluju čestice velike energije. Alfa raspad se događa najčešće kod masivnih jezgri koje imaju prevelik omjer protona u odnosu na neutrone. Alfa čestica s dva protona i dva neutrona je vrlo stabilna konfiguracija [[nukleon]]a. Mnoge se jezgre masivnije od [[Olovo (element)|olova]] (> 106 u ili više od 106 [[Atomska jedinica mase|atomskih jedinica mase]]) raspadaju ovim raspadom. Najmanja [[atomska jezgra]] koja može zračiti alfa-čestice je [[telurij]] ([[Atomski broj|Z]] = 52), koji ima atomsku masu od 106 do 110. Kod alfa raspada atomska masa i redni brojevi jezgre se mijenjaju, što znači da atomska jezgra koja se raspada i jezgra nastala tim raspadom pripadaju različitim [[kemijski element|kemijskim elementima]], te stoga, imaju različita kemijska svojstva.<ref>[http://chem.grf.unizg.hr/media/download_gallery/2.predavanje_09..pdf] "Kemija I", chem.grf.unizg.hr, 2011.</ref>
:<math>
{}^{A}_{z}\hbox{X}\;\to\;{}^{A-4}_{z-2}\hbox{Y}\;+\;{}^4_2\alpha^{2+},
</math>
 
Kad je omjer neutrona i protona u atomskoj jezgri određenih atoma prenizak, oni emitiraju alfa-česticu kako bi uspostavili ravnotežu. Na primjer: [[polonij]]-210 ima 126 neutrona i 84 protona što je omjer od 1,50 naprema 1. Nakon radioaktivnog raspada emitiranjem alfa-čestice, omjer postaje 124 neutrona naprema 82 protona ili 1,51 naprema 1. Budući da broj protona u jezgri određuje element, polonij-210 nakon emisije alfa čestice postaje [[Olovo (element)|olovo]]-206 koji je stabilan element.<ref>[http://www.nek.si/hr/o_nuklearnoj_tehnologiji/nuklearno_gorivo/od_rude_do_zutog_kolaca/] "Od rude do žutog kolača", Nuklearna elektrana Krško, 2011. (Pristupljeno 09.09.2012.)</ref>
Где су -{X}- и -{Y}- хемијски симболи родитеља, односно потомка, -{''z''}- редни а -{''А''}- масени број.
 
Atomi koji emitiraju alfa-čestice uglavnom su vrlo veliki atomi, tj. imaju visoke [[atomski broj|atomske brojeve]]. Mnogo je prirodnih i umjetnih radioaktivnih elemenata koji emitiraju alfa-čestice. Prirodni izvori alfa-čestica imaju atomski broj najmanje 82, uz neke iznimke. Najvažniji alfa emiteri su: [[americij]]-241 (Z = 95), [[plutonij]]-236 (Z = 94), [[uranij]]-238 (Z = 92), [[torij]]-232 (Z = 90), [[radij]]-226 (Z = 88), [[radon]]-222 (Z = 86). Alfa emiteri su prisutni u različitim količinama u gotovo svim stijenama, tlu i vodi. Nakon emisije, alfa čestice se zbog velike mase i električnog naboja gibaju relativno sporo (otprilike 1/20 brzine svjetlosti) i u zraku potroše svu energiju nakon nekoliko centimetara i tada vežu slobodne elektrone i postaju [[helij]].<ref>[http://eskola.hfd.hr/fiz_sva_stva/nek/fisija.html] "4.1 FIZIKA NEK-a - Fisija", Nuklearna elektrana Krško, e-škola, 2011. (Pristupljeno 09.09.2012.)</ref>
На пример, распад [[уранијум]]а (-{U}-) се представља нуклеарном реакцијом:
 
==Својства алфа распада==
:<math>
{}^2{}^{38}_{92}\hbox{U}\;\to\;{}^2{}^{34}_{90}\hbox{Th}\;+\;{}^4_2\hbox{He}^{2+},
</math>
што се пише и као:
:<math>
{}^{238}\hbox{U}\;\to\;^{234}\hbox{Th}\;+\;\alpha.
</math>
 
===Брзина и енергија алфа-честица===
Или, распад [[радијум]]а (-{Ra}-):
U pogledu početne [[brzina|brzine]] alfa-čestica, energije, dometa, apsorpcije i prodornosti kroz razne tvari, kao i sposobnost za [[ionizacija|ionizaciju]] plinova, utvrđeno je da one imaju svoje posebne osobine, koje zavise od prirode radioaktivnog elementa iz kojeg potiču. Početna brzina alfa-čestica je različita za različite radioaktivne elemente i iznosi od 14 000 do 22 000 [[metar|km]]/[[sekunda|s]], što je oko 5 do 7,5% [[Brzina svjetlosti|brzine svjetlosti]].
Kinetička [[energija]] alfa-čestica ovisi od prirode radioaktivnog elementa iz kojeg potiče i kreće se od 4 do 10 M[[eV]]. Ispočetka se smatralo da sve alfa-čestice, koje emitiraju radioaktivni elementi, imaju istu brzinu, ali su onda pokusi pokazali da jedan radioaktivni izotop može zračiti alfa-čestice različitih brzina ili različitih [[kinetička energija|kinetičkih energija]]. Tako je poznato da [[radij]]-226 zrači alfa-čestice s 4 energetske grupe: 7,68 MeV, 8,277 MeV, 9,066 MeV i 10,505 MeV.
 
===Домет и апсорпција алфа-честица===
:<math>
[[Hans Geiger]] je empirijskim putem utvrdio ovisnost dometa alfa-čestica, pod [[Standardni tlak i temperatura|standardnim tlakom i temperaturom]], o njihovoj početnoj [[brzina|brzini]]. Također je Geiger, zajedno s Johnom Nuttallom, pronašao vezu između [[Vrijeme poluraspada|vremena poluraspada]], odnosno konstante raspadanja ''λ'', nekog radioaktivnog elementa koji zrači alfa-čestice i njihovog dometa u zraku, što se naziva '''Geiger-Nuttalov zakon''':
{}^2{}^{26}_{88}\hbox{Ra}\;\to\;{}^2{}^{22}_{86}\hbox{Rn}\;+\;{}^4_2\hbox{He}^{2+},
:<math>\ln\lambda=-a_1\frac{Z}{\sqrt{E}}+a_2</math>
</math>
или:
:<math>
{}^{226}\hbox{Ra}\;\to\;^{222}\hbox{Rn}\;+\;\alpha.
</math>
 
gde je: ''λ'' - konstanta raspadanja (''λ = ln 2/[[vrijeme poluraspada]]''), ''Z'' – [[atomski broj]], ''E'' – ukupna [[kinetička energija]] (alfa-čestice i atomske jezgre iz koje je nastala), te a<sub>1</sub> i a<sub>2</sub> - konstante.
(Поједностављени изрази у којима се наелетрисање језгра не појављује експлицитно чешће се користе јер на први поглед комплетне једначине изгледају по наелетрисањима неуравнотежене. У ствари, узмакло језгро потомка врло брзо губи своја два електрона а на неком другом месту заустављена алфа честица прима два електрона и прелази у неутрални атом хелијума.) Дакле, у горњим реакцијама очувани су како бројеви нукелона ([[неутрон]]a, [[протон]]а) тако и број електрона.) <!--При том распаду већину кинетичке енргије преузме алфа честица, јер је та увијек пуно лакша него почетно и крајње језгро. Ред енергије алфа честица је између 4 и 9 -{MeV}- (мегаелектронволта), а просјечна брзина тих честица износи око 15.000 -{km/s}-.-->
 
S obzirom na [[vrijeme poluraspada]] radioaktivnih elemenata, utvrđeno je da nestabilni atomi s kratkim životom zrače alfa-čestice velike energije, velike brzine i velikog dometa. Domet alfa-čestice se kreće od 28&nbsp;mm ([[torij]]-232, vrijeme poluraspada 1,39 x 10<sup>10</sup> [[godina]]) do 86&nbsp;mm ([[polonij]]-212, vrijeme poluraspada 3 x 10<sup>−7</sup> [[sekunda|sekundi]]). Ni sve alfa-čestice jednog istog radioaktivnog elementa nemaju isti domet. Općenito, od ukupnog broja alfa-čestica, najveći njihov dio ima isti domet, a manji dio ima više snopova različitog dometa. To znači, da se alfa-čestice, koje emitira jedan isti izvor, mogu sastojati iz više grupa različitih brzina, odnosno energija. Uglavnom se pojavljuje [[Spektar (fizika)|spektar]] alfa-čestica, sastavljen od dvije ili više odvojenih energetskih grupa.
Алфа распад се у суштини може сматрати цепањем атомског језгра ([[nuklearna fisija|нуклеарна фисија]]) где се језгро родитељ цепа на два потомка од којих је један хелијум. Алфа распад се одвија помоћу [[тунел ефекат|тунел ефекта]]. За разлику од [[бета распад]]а алфа распад се одвија под утицајем [[јака интеракција|јаке силе]].
 
Iako alfa-čestice imaju veliku masu i energiju, ipak su njihovi dometi kratki, jer ih [[Kemijska tvar|kemijske tvari]] kroz koje prolaze zaustavljaju. Ovo zaustavljanje nastaje zbog međudjelovanja pozitivno nabijenih alfa-čestice i negativnih [[elektron]]a iz tvari kroz koje prolaze. Pri tome, elektroni mogu biti izbačeni iz atoma te tvari, a potrebnu energiju daje alfa-čestica. Smanjenjem energije alfa-čestice smanjuje se i njena brzina, a to omogućava da se elektroni s njima sastavljaju, pa se tako dobivaju atomi [[helij]]a, koji su električki neutralni. Ipak, pri tome kretanju nastaje vrlo jaka [[ionizacija]].<ref>[http://www.fer.unizg.hr/_download/repository/UNE_compl_r1_-_ver_4_DF.pdf] "Uvod u nuklearnu energetiku", Prof. dr. sc. Danilo Feretić, 2011.</ref>
Алфа честице имају кинетичку енергију реда 5 -{MeV}- (т. ј., ≈0,13% њихове тоталне енергије која износи 110 -{TJ/kg}-) и брзину од 15.000 -{km/s}- (што одговара брзини приближно 0,05[[брзина светлости|c]]). Упркос томе, алфа честице се у ваздуху заустављају на путањи од неколико сантиметара.
 
====Ionizacijsko zračenje====
Због постојања алфа распада, скоро целокупна количина хелијума насталог на Земљи потиче из наслага минерала који садрже уранијум и [[торијум]] а на површину излази као нуспроизвод у производњи природног (земног) гаса.
Utvrđeno je da alfa-čestice koje zrače iz raznih radioaktivnih elemenata proizvode od 50 000 do 100 000 [[ion]]skih parova, na jedan [[centimetar]] [[zrak]]a, čime nastaje [[ionizirajuće zračenje]]. Ako se napravi dijagram koji će na apscisi imati udaljenost alfa-čestica od izvora zračenja, a na ordinati broj ionizacijskih parova koje stvaraju alfa-čestice na raznim udaljenostima od izvora, dobiva se '''Braggova krivulja'''. Na njenom završnom dijelu, vidi se znatan uspon, a zatim nagli pad.
 
==== Tuneliranje ili tunelski učinak ====
Алфа распад честица је природан вид зрачења честица. Анализа је показала да је α-зрачење састављено од два протона и два неутрона (конфигурација хелијума).
{{Glavni|Tuneliranje}}
 
Velika je poteškoća nastala da se objasni kako je moguće da alfa-čestice, čija [[kinetička energija]] iznosi pri izbacivanju iz radioaktivnih atomskih jezgri od 4 do 10 M[[eV]], da prođu kroz [[Potencijalna energija|potencijalnu]] energetsku barijeru, čije najveće vrijednosti kod elemenata s velikim atomskim brojem iznose oko 25 MeV. Prema [[Klasična mehanika|klasičnoj teoriji]], izlazi da alfa-čestice, koje se nalaze u unutrašnjosti atomske jezgre, ne mogu prodrijeti kroz barijeru i iz njega se osloboditi s energijom, koja je manja od energije potencijalne barijere.
α-распад се јавља код елемената великог редног броја (-{z}- > 82). Настаје емисијом α-честица из језгра искључиво тунел ефектом.
 
Isto tako, teško je bilo objasniti zašto radioaktivni elementi imaju tako dugo [[vrijeme poluraspada]], koji na primjer za [[radij]]-226 iznosi 1600 [[godina]]. To znači da se u tako dugom vremenskom periodu, [[nukleon]]i ([[proton]]i i [[neutron]]i) moraju držati zajedno u [[atomska jezgra|atomskom jezgru]], iako ponekad spontano, bez vanjskih utjecaja, dva protona i dva neutron u obliku alfa-čestice budu izbačeni iz nje.
Енергије алфа честица имају дискретан спектар и тачно одређен спектар вредности енергија. Вредности енергија α-честица су реда величине неколико -{MeV}--а.
 
Taj problem su [[Teorija|teoretski]] riješili 1928. George Gamow, a neovisno o njemu Ronald Gurney i Edward Condon, razvivši teoriju [[Tuneliranje|tuneliranja]]. Prema [[Kvantna mehanika|kvantnoj fizici]] postoji vjerojatnost da se alfa-čestica s određenom energijom, koja je manja od energije potencijalne barijere, oslobodi atomskog jezgra, kad dođe do njegove površine. Ova vjerojatnost je veća ako je veća energija alfa-čestice i ako je širina barijere manja od vrijednosti njene energije. Alfa-čestica će na neki način dobiti dovoljnu količinu energije od drugih nuklearnih čestica, za svladavanje potencijalne barijere.
Приликом емисије α-честице, језгро радиоактивног елемента (родитеља) је трансформисано у језгро другог елемента (потомка) чији је редни број мањи за два, а масени за четири.
 
Za alfa-čestice sposobne da dospiju do vanjske površine i da ponovno budu ubačene u atomsko jezgro, postoji učestalost. Vrijednost ove učestalosti može se odrediti dijeljenjem veličine [[polumjer]]a atomske jezgre s procijenjenom brzinom, kojom se alfa-čestice kreću u atomskoj jezgri. Budući da polumjer atomske jezgre iznosi oko 10<sup>−15</sup> [[metar|m]], a brzina alfa-čestice koja se u njemu kreće iznosi oko 10<sup>6</sup> m/[[sekunda|s]], izlazi da alfa-čestica dolazi do vanjske površine približno 10<sup>6</sup>/10<sup>−15</sup> = 10<sup>21</sup> puta u sekundi, odnosno da ona pobjegne iz jezgre nakon 10<sup>21</sup> pokušaja. To je u stvari bit tunel efekta.
 
== Историја ==
Линија 68 ⟶ 67:
 
== Референце ==
{{reflist|30em}}
 
== Спољашње везе ==
{{Commonscat|Alpha decay}}
* -{[http://www.ct.infn.it/~rivel/Didat/SilDet.pdf Alpha emitters by increasing energy (Appendix 1)]}-
* -{[[Image:Ndslivechart.png]] '''[http://www-nds.iaea.org/livechart The LIVEChart of Nuclides - IAEA ]''' with filter on alpha decay}-
* -{[http://nagysandor.eu/AsimovTeka/AlphaExamples/index_en.html Alpha decay with 3 animated examples] showing the recoil of daughter}-
 
{{Authority control}}
 
[[Категорија:Нуклеарна физика]]
Преузето из „https://sr.wikipedia.org/wiki/Алфа_распад”