Hva er de tre typene kjernefysisk stråling

Nukleær stråling refererer til prosesser hvorved ustabile kjerne blir mer stabile ved å emittere energiske partikler. De tre typer nuklear stråling refererer til alfa-, beta- og gammastråling. For å bli stabil, kan en kjerne avgive en alfa-partikkel (en heliumkjerne) eller en beta-partikkel (et elektron eller en positron). Ofte mister en partikkel denne veien kjernen i en opphisset tilstand. Deretter frigjør kjernen overskuddsenergien i form av en gammastrålefoton.

Introduksjon

En sak er i ferd med å bli dannet av atomer. Atomer består i sin tur av protoner, nøytroner og elektroner. Protoner er positivt ladet og elektroner er negativt ladet. Neutroner er ikke belastet. Protoner og nøytroner ligger inne i cellekjernen av atomet, og protoner og nøytroner kalles sammen nukleoner. Elektroner finnes i en region rundt kjernen, som er mye større enn størrelsen på kjernen selv. I nøytrale atomer er antall protoner lik antall elektroner. I nøytrale atomer avbryter de positive og negative kostnadene hverandre, noe som gir null nettladning.

Struktur av et atom - Nucleons finnes i den sentrale regionen. I den grå regionen kan elektronen bli funnet.

Egenskaper av protoner, nøytroner og elektroner

partikkel~~POS=TRUNC	Partikkelklassifisering	Masse	Lade
proton ()	baryon
Neutron ()	baryon
Electron ()	lepton

Merk at nøytronen er litt tyngre enn protonen.

• ioner er atomer eller grupper av atomer som har mistet eller oppnådd elektroner, noe som gjør at de har en netto positiv eller negativ ladning. Hver element består av en samling av atomer som har samme antall protoner. Antallet protoner bestemmer typen av atomet. For eksempel har heliumatomer 2 protoner og gullatomer har 79 protoner.
• isotoper av et element refererer til atomer som har samme antall protoner, men forskjellige antall nøytroner. For eksempel: protium, deuterium og tritium er alle isotoper av hydrogen. De har alle en proton hver. Protium har imidlertid ingen nøytroner. Deuterium har ett nøytron og tritium har to.
• Atomnummer (protonnummer) (): antall protoner i kjernen til et atom.
• Neutronnummer: Antallet nøytroner i kjernen til et atom.
• Nucleon Number (): Antall nukleoner (protoner + nøytroner) i atomkernen.

Notasjon for å representere Nuclei

Kjerner av en isotop er ofte representert i følgende form:

For eksempel er hydrogenens isotoper protium, deuterium og tritium skrevet med følgende notasjon:

, , .

Noen ganger blir protonnummeret også utsendt og bare symbolet og nukleonnummeret er skrevet. f.eks.,

, , .

Det er ikke noe problem med ikke å vise protonnummeret eksplisitt, da antall protoner bestemmer elementet (symbolet). Noen ganger kan en gitt isotop omtales med elementnavnet og nukleonnummeret, f.eks. uran-238.

Enhetlig atommasse

Forenet atommasse () er definert som massen av et karbon-12 atom. .

De tre typene kjernefysisk stråling

Alpha Beta og Gamma Radiation

Som vi nevnte tidligere, er de tre typer nuklear stråling alfa-, beta- og gammastråling. I alfa stråling, en kjerne blir mer stabil ved å emittere to protoner og to nøytroner (en heliumkjerne). Det finnes tre typer beta-stråling: beta-minus, beta-pluss og elektronfangst. I beta minus stråling, et nøytron kan forvandle seg til en proton, frigjøre en elektron og en elektronantineutrino i prosessen. I beta pluss stråling, et proton kan forvandle seg til et neutron, gi av en positron og en elektronantineutrino. I elektronisk fangst, et proton i kjernen fanger en elektron av atomet, forvandler seg til et nøytron og frigjør en elektronnutrino i prosessen. Gamma-stråling refererer til utslipp av gammastrålefotoner av kjerner i spennende tilstander, slik at de blir spente.

Hva er Alpha Stråling

I alfa stråling, en ustabil kjerne avgir en alfa partikkel, eller a heliumkjerne (det vil si 2 protoner og 2 nøytroner), for å bli en mer stabil kjerne. En alfapartikkel kan betegnes som  eller .

For eksempel gjennomgår en polonium-212-kjernen alfa-henfall for å bli en kjernen av bly-208:

Når kjernefysiske nedfall skrives ned i denne formen, Det totale antallet nukleoner på venstre side må være lik det totale antallet nukleoner på høyre side. Også,  Det totale antall protoner på venstre side må være lik det totale antallet protoner på høyre side. I ovennevnte ligning, for eksempel 212 = 208 + 4 og 84 = 82 + 2.

Datterkjernen produsert av et alfaforfall, har derfor to protoner og fire nukleoner mindre enn foreldrekjernen.

Generelt, for alfaforfall, kan vi skrive:

Alfa-partikler som slippes ut under alfa-forfall, har spesifikke energier, som bestemmes av forskjellen i masse av foreldre og datterkjerne.

Eksempel 1

Skriv ligningen for alpha-forfallet av americium-241.

Americium har et atomnummer på 95. Under alfaforfallet ville amerikkiumkjernen avgir en alfa-partikkel. Den nye kjernen som produseres ("datterkjernen") ville ha to mindre protoner og fire mindre nukleoner i det hele tatt. dvs. det skulle ha et atomnummer 93 og et nukleonnummer 237. Atomnummeret 93 refererer til et atom av neptunium (Np). Så skriver vi,

 

Hva er Beta Radiation

I beta-stråling faller en kjerne ved å sende en elektron eller en positron (en positron er den antipartikkel av elektronen, med samme masse men motsatt ladning). Kjernen inneholder ikke elektroner eller positroner; så først må en proton eller et nøytron forvandle seg, slik vi vil se nedenfor. Når en elektron eller en positron slippes, frigjøres en elektronnutrino eller en elektronantineutrino for å bevare leptonnummeret. Energien til beta-partikler (som refererer til enten elektroner eller positrons) for et gitt forfall kan ta en rekke verdier, avhengig av hvor mye av energien som er frigjort under forfallsprosessen, er gitt til neutrino / antineutrino. Avhengig av mekanismen er det tre typer beta-stråling: beta minus, beta pluss og elektron fangst.

Hva er Beta Minus Stråling

EN beta minus () partikkel~~POS=TRUNC er en elektron. I beta minus forfall faller et neutron inn i en proton, en elektron og en elektronantineutrino:

Protonet forblir i kjernen mens elektronen og elektron-antineutrinoen utledes. Beta minus prosess kan oppsummeres som:

For eksempel faller gull-202 med beta minus utslipp:

Hva er Beta Plus Stråling

EN beta pluss () partikkel~~POS=TRUNC er en positron. I beta pluss forfall blir en proton omdannet til et nøytron, en positron og en neutrino:

Neutronet forblir i kjernen mens positronen og elektronnutrinoen slippes ut. Beta minus prosess kan oppsummeres som:

For eksempel kan en fosfor-30-kjernen gjennomgå beta pluss forfall:

Hva er Electron Capture

Ved elektronfangst "tar en proton i kjernen" et av atomets elektroner, og gir et nøytron og en elektronnutrino:

Elektronnutrinoen sendes ut. Elektronfangstprosessen kan oppsummeres som:

 For eksempel viser nikkel-59 beta pluss forfall som følger:

Hva er Gamma Radiation

Etter å ha gjennomgått alfa- eller beta-forfall, er kjernen ofte i en oppblåst energitilstand. Disse kjernene deaktiverer seg selv ved å sende ut en gamma-foton og miste sin overskytende energi. Antallet protoner og nøytroner endres ikke under denne prosessen. Gamma-stråling tar vanligvis form:

hvor asterikken representerer kjernen i en spennende tilstand.

For eksempel kan kobolt-60 forfalle til nikkel-60 via beta-forfall. Nikkelkjernen som dannes, er i en spennende tilstand og sender ut en gammastrålefoton for å bli spenningen:

Fotoner utgitt av gammastråler har også spesifikke energier avhengig av kjernens spesifikke energitilstander.

Egenskaper for Alpha Beta og Gamma Radiation

Tilsvarende har alfa partikler den høyeste masse og ladning. De beveger seg sakte i forhold til beta og gamma partikler også. Dette betyr at når de beveger seg gjennom materiell, er de i stand til å fjerne elektroner fra partikulært partikler som de kommer i kontakt med mye lettere. Følgelig har de den høyeste ioniserende kraften.

Men fordi de gir ioniseringer lettest, mister de også sin energi den raskeste. Vanligvis kan alfa partikler bare bevege seg gjennom et par centimeter i luft før de mister all sin energi fra ioniserende luftpartikler. Alfa partikler kan heller ikke trenge gjennom den menneskelige huden, så de kan ikke forårsake skade så lenge de forblir utenfor kroppen. Hvis et radioaktivt materiale som emitterer alfa partikler inntas, kan det imidlertid forårsake mye skade på grunn av deres sterke evne til å forårsake ionisering.

Tilsvarende er beta-partikler (elektroner / positrons) lettere og kan kjøre raskere. De har også halvparten ansvaret for en alfapartikkel. Dette betyr at deres ioniserende kraft er mindre sammenlignet med alfa partikler. Faktisk kan beta-partikler stoppes av noen få millimeter aluminiumsark.

Fotoner som er utstrålt fra gammastråling, er uladede og "masseløse". Når de passerer gjennom et materiale, kan de gi energi til elektroner som utgjør materialet og forårsaker ioniseringer. Imidlertid er deres ioniserende kraft mye mindre sammenlignet med alfa og beta. På den annen side betyr dette at deres evne til å trenge inn i materialer er mye større. En blokk med bly flere centimeter tykk kunne redusere intensiteten til gammastrålingen, men selv det er ikke nok til å stoppe strålingen helt..

Tabellen nedenfor sammenligner noen av egenskapene til alfa, beta og gamma radiaton

Eiendom	Alfa-stråling	Betastråling	Gamma stråling
Partikkelens art	En heliumkjerne	En elektron / positron	En foton
Lade			0
Masse			0
Relativ hastighet	Langsom	Medium	Lysets hastighet
Relativ ioniseringseffekt	Høy	Medium	Lav
Stoppet av	Tykt ark	Få mm aluminiumsark	(til en viss grad) Et par cm av en blokk med bly

referanser:

Partikkeldata gruppe. (2013). Fysiske konstanter. Hentet 24. juli 2015, fra Particle Data Group: http://pdg.lbl.gov/2014/reviews/rpp2014-rev-phys-constants.pdf