Альфа-излучение: проникающая способность. Защита от альфа-излучения. Альфа-частица: масса, основные характеристики и свойства

; в первой искусственно вызванной ядерной реакции (Э. Резерфорд , 1919, превращение ядер азота в ядра кислорода) участвовали именно альфа-частицы. Поток альфа-частиц называют альфа-лучами или альфа-излучением .

Альфа-частица
Символ:	α, α 2+ , He 2+
Альфа-частица
Ядро изотопа :	Гелий-4 ( 2 4 H e 2 + {\displaystyle \textstyle {{}_{2}^{4}\mathrm {He} ^{2+}}} )
Химический элемент :	Гелий
Состав:	2 протона , 2 нейтрона
Семья:	Бозон
Магнитный момент :	0
Электрический квадрупольный момент :	0
Массовое число (барионное число):	4
Масса :	3,727379240(82) ГэВ (около 6,644656⋅10 −27 кг)
Масса , а.е.м. :	4,001506179125(62)
Энергия связи :	28,11 МэВ (7,03 МэВ на нуклон)
Время жизни :	Стабильна
Чётность :	+
Квантовые числа :
Электрический заряд :	2
Спин :	0
Изотопический спин :	0
Гиперзаряд :	4

Образование

Альфа-частицы возникают при альфа-распаде ядер, при ядерных реакциях и в результате полной ионизации атомов гелия-4. Например, в результате взаимодействия ядра лития-6 с дейтроном могут образоваться две альфа-частицы: 6 Li + 2 H = 4 He + 4 He . Альфа-частицы составляют существенную часть первичных космических лучей ; большинство из них являются ускоренными ядрами гелия из звёздных атмосфер и межзвёздного газа , некоторые возникли в результате ядерных реакций скалывания из более тяжёлых ядер космических лучей. Альфа-частицы высоких энергий могут быть получены с помощью ускорителей заряженных частиц .

Свойства

Масса альфа-частицы составляет 4,001506179125(62) атомной единицы массы (около 6,644656⋅10 −27 кг), что эквивалентно энергии 3,727379240(82) ГэВ. Спин и магнитный момент равны нулю. Энергия связи составляет 28,11 МэВ (7,03 МэВ на нуклон) . Заряд альфа-частицы равен удвоенному элементарному заряду , или примерно 3,218·10 −19 Кл .

Проникающая способность

Тяжёлые заряженные частицы взаимодействуют в основном с атомными электронами и поэтому мало отклоняются от направления своего первоначального движения. Вследствие этого пробег тяжёлой частицы R измеряют расстоянием по прямой от источника частиц до точки их остановки. Обычно пробег измеряется в единицах длины (м, см, мкм), а также поверхностной плотности материала (или, что равнозначно, длины пробега, умноженной на плотность) (г/см 2). Выражение пробега в единицах длины имеет смысл для фиксированной плотности среды (например, часто в качестве среды выбирается сухой воздух при нормальных условиях). Физический смысл пробега в терминах поверхностной плотности - масса единицы площади слоя, достаточного для остановки частицы.

Детектирование

Детектируются альфа-частицы с помощью сцинтилляционных детекторов , газоразрядных детекторов , кремниевых pin-диодов (поверхностно-барьерных детекторов, нечувствительных к бета- и гамма-излучению) и соответствующей усилительной электроники, а также с помощью трековых детекторов. Для детектирования альфа-частиц с энергиями, характерными для радиоактивного распада, необходимо обеспечить малую поверхностную плотность экрана, отделяющего чувствительный объём детектора от окружающей среды. Например, в газоразрядных детекторах может устанавливаться слюдяное окно с толщиной в несколько микрон, проницаемое для альфа-частиц. В полупроводниковых поверхностно-барьерных детекторах такой экран не нужен, рабочая область детектора может непосредственно контактировать с воздухом. При детектировании альфа-активных радионуклидов в жидкостях исследуемое вещество смешивается с жидким сцинтиллятором.

В настоящее время наиболее распространены кремниевые поверхностно-барьерные детекторы альфа-частиц, в которых на поверхности полупроводникового кристалла с проводимостью p -типа создаётся тонкий слой с проводимостью n -типа путём диффузионного введения донорной примеси (например, фосфора). Приложение обратного смещения к p-n -переходу обедняет чувствительную область детектора носителями заряда. Попадание в эту область альфа-частицы, ионизирующей вещество, вызывает рождение нескольких миллионов электронно-дырочных пар, которые вызывают регистрируемый импульс тока с амплитудой, пропорциональной количеству родившихся пар и, соответственно, кинетической энергии поглощённой альфа-частицы. Поскольку обеднённая область имеет очень малую толщину, детектор чувствителен лишь к частицам с высокой плотностью ионизации (альфа-частицы, протоны, осколки деления, тяжёлые ионы) и малочувствителен к бета- и гамма-излучению.

Воздействие на электронику

Вышеописанный механизм рождения электронно-дырочных пар альфа-частицей в полупроводниках может вызвать несанкционированное переключение полупроводникового триггера при попадании альфа-частицы с достаточной энергией на кремниевый чип. При этом единичный бит в памяти заменяется нулевым (или наоборот). Для уменьшения количества таких ошибок материалы, используемые в производстве микросхем, должны обладать низкой собственной альфа-активностью.

Воздействие на человека

Альфа-частицы, образованные при распаде ядра, имеют начальную кинетическую энергию в диапазоне 1,8-15 МэВ . При движении альфа-частицы в веществе, она создаёт сильную ионизацию окружающих атомов, и в результате этого очень быстро теряет энергию. Энергии альфа-частиц, возникающих в результате радиоактивного распада , не хватает даже для преодоления мёртвого слоя

Достаточно большой перечень вопросов породило необычайное открытие радиоактивности. Величайший прорыв в данной сфере сделал ученый Э. Резерфорд, который поместил в магнитное поле особый излучатель, а именно — радиоактивный. В итоге пучок распался на три составляющие.

Особенности излучения

На основе серии опытов, стало известно, что альфа-излучение – это поток положительных частиц, а их параметры абсолютно идентичны тем, которые имеются у ядер гелия. Что касается атома гелия, то у него только 2 электрона.

Помимо альфа-лучей, обнаружены гамма и бета, каждый из них обладает особой силой, имеет радиоактивность. Таким образом, можно смело утверждать, что излучение альфа – это дважды ионизированный атом гелия. Альфа является положительно заряженным, гамма – нейтральным, а что касается бета, то он является отрицательным лучом. Альфа, гамма, а также бета имеют сильные отличия, касающиеся способности проникающей. Простыми словами, гамма, альфа, бета отличны тем, что они поглощаются разными компонентами с различной интенсивностью.

Гамма – это лучи, напоминающие излучение рентгена, но их проникающая способность гораздо выше. Это приводило к мысли, что гамма лучи являются электромагнитными волнами. Однако сомнения отошли в сторону, когда обнаружили дифракцию гамма лучей на особых кристаллах также была определена их длина. Как ни странно, длина вол гамма лучей очень маленькая, а именно – до 10-11 сантиметров.

Что касается бета-лучей, то их рассматривали в качестве заряженной частицы. С бета было намного легче проводить эксперименты. Цель проведенных исследований – определит массу, заряд бета-лучей. Было установлено, что бета-частицы являются электронами, скорость движения которых приближена к скорости света.

Альфа-излучения имеют источники:

• реакторы;
• объекты промышленности урановой;
• распад весьма тяжелых химических элементов, в результате чего наблюдается проявление ядер гелия;
• эксперименты, которые осуществляются на ускорителях частиц, лабораториях радиоизотопных;
• ускорение гелия.

Каждый из указанных лучей имеет собственный спектр излучения. Простыми словами, спектр – это распределение частиц согласно величинам измеряемым, которое приведено к определенным условиям. Спектр различают по виду частиц. Что касается альфа-спектра, то его принято считать дискретным.

Методы защиты

Альфа-излучения имеют свой спектр, а также определенную радиоактивность, которые способны оказывать пагубное воздействие на человека. Поражающая радиоактивность потока альфа-частиц не слишком велика.

Принято считать, что спектр подобного излучения неопасен, но не стоит забывать про радиоактивность. Проникновение массивных частиц в организм человека вместе с водой, едой или же сквозь кожный покров, имеется риск серьезного отравления. Осложнение возникает по причине мощного ионизирующего воздействия, формирования кислорода, окислителя, водорода свободного. За счет того, радиоактивность оказывает воздействие на мозг, скапливаясь в нем, наблюдается появления множества патологий, которые активно снижают адаптационные, защитные функции организма.

Не смотря не радиоактивность, альфа-частицы признаны наиболее безопасными, так как после внешнего облучения не требуются защитные средства. Опасность поджидает от внутреннего облучения, когда радиоактивность частиц действует более хитро. Для предотвращения неприятностей, достаточно не допустить попадание в организм радионуклидов, используя индивидуальную защиту:

• одежда, сделанная из специального материала;
• если кожа чувствительная, можно пользоваться кремом, дерматологической пастой;
• для глаз подойдут щитки из специального оргстекла.

В перечень рекомендаций входит информация о воздействии пищевых продуктов на выведение, нейтрализацию радионуклидов в организме. Такая способность имеется у продуктов, которые богаты витамином С, В. Отлично помогают перепелиные яйца, но если доза облучения не слишком большая. Они считаются богатым источником аминокислот, витаминов и микроэлементов. Из растений, которые способны помочь, можно выделить топинамбур.

Сфера применения излучения

Кроме защиты от альфа-частиц, была разработана особая терапия с их использованием. Лечебный сеанс позволяет пользоваться изотопами, которые были получены при излучении, а именно – торон, радон, которые обладают небольшими сроками жизни, быстро ликвидируются из организма.

Примеры применения альфа-излучения в медицине:

• пероральное применение воды радоновой;
• прием ванны радоновой;
• дыхательная процедура воздухом с радонами.

Доктора абсолютно и твердо уверены, что влияние альфа-частиц можно фокусировать, уничтожая раковые клетки. Подобная целебная терапия способна оказать седативное, обезболивающее, противовоспалительное влияние на человека. Рекомендовано к лечению опорно-двигательного аппарата, сердечно-сосудистых и гинекологических недугов. Процедура проводится строго под контролем лечащего врача и специально обученного человека.

Между длиной пробега Альфа-частицы-ч. Эти электроны нейтрализуют два из четырех положительных зарядов, но массы частицы практически не увеличивают. Альфа-частицы, образованные при распаде ядра, имеют начальную кинетическую энергию в диапазоне 1,8-15 МэВ.

Альфа-частицы возникают при альфа-распаде ядер, при ядерных реакциях и в результате полной ионизации атомов гелия-4. Например, в результате взаимодействия ядра лития-6 с дейтроном могут образоваться две альфа-частицы: 6Li+2H=4He+4He. Тяжёлые заряженные частицы взаимодействуют в основном с атомными электронами и поэтому мало отклоняются от направления своего первоначального движения.

Физический смысл пробега в терминах поверхностной плотности - масса единицы площади слоя, достаточного для остановки частицы. В полупроводниковых поверхностно-барьерных детекторах такой экран не нужен, рабочая область детектора может непосредственно контактировать с воздухом. При детектировании альфа-активных радионуклидов в жидкостях исследуемое вещество смешивается с жидким сцинтиллятором.

Для уменьшения количества таких ошибок материалы, используемые в производстве микросхем, должны обладать низкой собственной альфа-активностью. При движении альфа-частицы в веществе она создаёт сильную ионизацию окружающих атомов и в результате очень быстро теряет энергию. Внешнее альфа-облучение опасно для здоровья только в случае высокоэнергичных альфа-частиц (с энергией выше десятков МэВ), источником которых является ускоритель.

В то же время большинство исследовательских ускорителей α-частиц работает на энергиях ниже 3 МэВ. Пер с англ. / Под общей ред. М. Ф. Киселёва и Н. К. Шандалы. О. И. Василенко, Б. С. Ишханов, И. М. Капитонов, Ж. М. Селиверстова, А. В. Шумаков «РАДИАЦИЯ», М., Изд-во Московского университета.

АЛЬФА-РАСПАД - распад ат. ядер, сопровождающийся испусканием a частицы. Альфа-распад - В этой статье не хватает ссылок на источники информации. Информация должна быть проверяема, иначе она может быть поставлена под сомнение и удалена. ЯДЕРНЫЕ РЕАКЦИИ - превращения атомных ядер, обусловленные их взаимодействием с элементарными частицами, γ квантами или друг с другом. ТРОЙНОЕ ДЕЛЕНИЕ ЯДЕР - особый вид деления ядер, когда образование 2 осколков сопровождается вылетом лёгкой заряж. частицы.

Равна 4,00273 атомных единиц массы или 6,644 10-24г, а её заряд равен 2 положительным элементарным единицам; спин и магнитный момент равны нулю. Энергия связи Альфа-частицы-ч. Энергия Альфа-частицы-ч., испускаемых естественными радиоактивными элементами, лежит в пределах от 2 до 9 Мэв; такого же порядка энергия Альфа-частицы-ч., испускаемых в ядерных реакциях. R=av3; если R выражается в см, а v в см/сек, то (для пробегов 3-7 см) а = 9,7 10-28.

9B+a®12C+a) и некоторых радиоактивных изотопов. ОБЭ) — определяются малым размером пробега a-частиц в тканях (сотые доли мм) и большой плотностью, вызываемой ими ионизации. При внешнем облучении поражаются только открытые участки кожи и роговица; но большие дозы Альфа-частицы-ч. Кроме Беккереля и супругов Кюри, этим занялся Резерфорд. На выходившее из канала излучение действовало сильное магнитное поле, линии индукции которого перпендикулярны лучу (рис. 13.6). Вся установка размещалась в вакууме.

Это указывало на наличие у этих излучений электрических зарядов противоположных знаков. Эти три вида излучения очень сильно различаются по проникающей способности, т. е. по тому, насколько интенсивно они поглощаются различными веществами.

Гораздо меньше поглощаются при прохождении через вещество -лучи. Алюминиевая пластинка полностью их задерживает только при толщине в несколько миллиметров. Но и слой свинца толщиной в 1 см не является для них непреодолимой преградой. При прохождении -лучей через такой слой свинца их интенсивность ослабевает лишь вдвое. Физическая природа -, — и -лучей, очевидно, различна.

Бета-лучи. С самого начала — и -лучи рассматривались как потоки заряженных частиц. Основная задача экспериментаторов состояла в определении заряда и массы частиц. Встречаются частицы с самыми различными скоростями. Труднее было выяснить природу -частиц, так как они слабее отклоняются магнитным и электрическим полями. Он измерил отношение заряда q частицы к ее массе m по отклонению в магнитном поле. Оно оказалось примерно в 2 раза меньше, чем у протона - ядра атома водорода.

Но заряд -частицы и ее масса оставались, тем не менее, неизвестными. Следовало измерить либо заряд, либо массу -частицы. Зная суммарный заряд -частиц и их число, Гезерфод определил отношение этих величин, т. е. заряд одной -частицы. Этот заряд оказался равным двум элементарным. Г. Я. Мякишев, Б. В. Буховцев, В. М. Чаругин; под ред. В. И. Николаева, Н. А. Парфентьевой.

ТОЛЬКО двух протонов. Появление каждой новой альфа-частицы означало, что распался еще один атом урана, так что Резерфорд мог определить, сколько атомов распадается в секунду. Однако в действительности вся масса атомабыла бы сосредоточена в единственной частице, в ядре диаметром всего лишь около 0,025 мм, т. е. в частице размером с небольшую песчинку. Это ядро атома окружено такими же маленькими электронами, движуш,имися вокруг него с очень большой скоростью.

Поскольку масса альфа-частицы почти в 7500 раз больше массы электрона, столкновения между ними могли вызывать лишь очень незначительные, почти незаметные отклонения альфа-ча-стиц. Именно по этой причине радий, полоний и другие редкие радиоактивные элементы можно найти в урановых минералах. Это произошло более или менее случайно, в ходе измерений рассеяния пучка альфа-частиц при их прохождении сквозь чрезвычайно тонкие листки золота и других тяжелых металлов.

Физики принялись за создание устройств, предназначенных для ускорения заряженных частиц в электрическом поле. Заставив частицы двигаться с ускорением, можно было повысить их энергию.

Спустя три года эти же физики бомбардировали атомы лития ускоренными протонами и получили альфа-частицы. Однако при таком подходе ряд вопросов оставался нерешенным. Существовали сомнения относительно того, может ли альфа-частица состоять из такого множества меньших частиц. Немецкий физик ВернерКарлГейзенберг (1901-1976) сразу же предположил, что положительно заряженные частицы большой массы представляют собой не протонно-электронные комбинации, а протонно-нейтронные.

Вначале бомбардировка атомных ядер велась положительно заряженными частицами протонами, дейтронами и альфа-частицами. Альфа-частицу можно рассматривать как гелий-4, а протон - как водород-1. Во внешних областях атома находятся отрицательно заряженные электроны, масса которых слишком мала, чтобы они могли мешать прохождению альфа-частиц. Такие огромные промежутки времени можно определить только путем подсчета числа альфа-частиц, испускаемых данной массой урана (или тория).

Исходя из этого, можно было предположить, что наряду с четырьмя протонами альфа-частица содержит также два электрона. При прохождении через вещество Альфа-частицы-ч. Особенность действия Альфа-частицы-ч. В настоящее время теория утверждает, что фотон это элементарная частица, не имеющая массы и заряда, но при этом проявляет гравитационные и электромагнитные взаимодействия.

Альфа-частицы

α-частицы, ядра атомов гелия, испускаемые некоторыми радиоактивными элементами (см. Альфа-распад). А.-ч. являются также продуктами некоторых ядерных реакций, протекающих под действием нейтронов или заряженных частиц, например при бомбардировке азота (14 N) протонами (р) (14 N+p→ 11 C+α). А.-ч. состоит из двух протонов и двух нейтронов, прочно связанных между собой. Масса А.-ч. Равна 4,00273 атомных единиц массы или 6,644 10 -24 г, а её заряд равен 2 положительным элементарным единицам; Спин и Магнитный момент равны нулю. Энергия связи А.-ч. 28,11 Мэв (7,03 Мэв на нуклон).

Энергия А.-ч., испускаемых естественными радиоактивными элементами, лежит в пределах от 2 до 9 Мэв; такого же порядка энергия А.-ч., испускаемых в ядерных реакциях (См. Ядерные реакции). С помощью ускорителей заряженных частиц (См. Ускорители заряженных частиц) можно получить А.-ч. с энергией порядка сотен Мэв.

При прохождении через вещество А.-ч. вызывают сильную ионизацию (см. Ионизирующие излучения). Между длиной пробега А.-ч. в воздухе и их начальной скоростью v существует приближённое соотношение R=av 3 ; если R выражается в см, а v в см/сек, то (для пробегов 3-7 см ) а = 9,7 10 -28 . Длину пробега А.-ч. в других веществах легко вычислить, исходя из того, что тормозная способность вещества, отнесённая к одному атому, пропорциональна квадратному корню из атомной массы. Для плотных веществ длина пробега А.-ч. порядка сотых долей мм (например, в стекле R = 0,04 мм ).

А.-ч. пользуются для осуществления различных ядерных реакций, в частности для получения нейтронов (9 B+α→ 12 C+α) и некоторых радиоактивных изотопов.

Д. И. Воскобойник.

Действие на организм потока А.-ч. приводит к развитию всех признаков лучевого поражения (См. Лучевое поражение), вплоть до гибели организма. Влияние А.-ч. сходно с биологическим действием ионизирующих излучений (См. Биологическое действие ионизирующих излучений) др. видов. Особенность действия А.-ч. - поражение тканей только в непосредственной близости от излучателя и высокая Относительная биологическая эффективность (ОБЭ) - определяются малым размером пробега α-частиц в тканях (сотые доли мм ) и большой плотностью, вызываемой ими ионизации. При внешнем облучении поражаются только открытые участки кожи и роговица; но большие дозы А.-ч. могут вызвать появление долго не заживающих язв. Гораздо опаснее внутреннее облучение в результате попадания α-излучателей в организм с воздухом или пищей. В этих случаях α-излучатели (среди них особенно опасен плутоний-239) накапливаются в лёгких, печени, почках, селезёнке и, обладая большим периодом полураспада и высокой канцерогенной активностью, обусловливают длительное облучение организма, приводящее к хронической лучевой болезни (См. Лучевая болезнь) и возникновению злокачественных опухолей.

Лит.: Международная комиссия по защите от излучений. Рекомендации... [Сб. докладов], пер. с англ., М., 1958; Плутоний 239. [Сб. ст.], М., 1962; Бак 3., Александер П., Основы радиобиологии, пер. с англ., М., 1963.

А. А. Вайнсон.

Большая советская энциклопедия. - М.: Советская энциклопедия . 1969-1978 .

Смотреть что такое "Альфа-частицы" в других словарях:

- (альфа лучи), устойчивая, положительно заряженная частица, которая спонтанно испускается ядрами некоторых радиоактивных изотопов при РАДИОАКТИВНОМ РАСПАДЕ, именуемом альфа распадом. Частицы были открыты и исследованы Эрнстом Резерфордом, а… … Научно-технический энциклопедический словарь

Ядра атомов гелия Большой словарь иностранных слов. Издательство «ИДДК», 2007 … Словарь иностранных слов русского языка

Ядра атомов гелия, испускаемые некоторыми радиоактивными элементами; продукт некоторых ядерных реакций. Будучи поглощенными живыми организмами, могут вызвать отрицательный (летальный, мутагенный, канцерогенный и др.) эффект. Экологический… … Экологический словарь

АЛЬФА-ЧАСТИЦЫ ( - АЛЬФА ЧАСТИЦЫ (а лучи) ядpa (см.) гелия, потерявшие два (см.) при самопроизвольном радиоактивном распаде атомных ядер. Состоят из двух (см.) и двух (см.), прочно связанных между собой ядерными силами … Большая политехническая энциклопедия

Тиц; мн. (ед. альфа частица, ы; ж.). Ядра атомов гелия, состоящие из двух протонов и двух нейтронов и имеющие положительный заряд … Энциклопедический словарь

альфа-частицы - альфа част ицы, иц, ед. ч. ица, ы, твор. п. ей … Русский орфографический словарь

А частицы, ядра атомов гелия (42Не), испускаемые нек рыми радиоактивными ядрами (нуклидами). Состоят из двух протонов и двух нейтронов, прочно связанных между собой ядерными силами … Большой энциклопедический политехнический словарь

альфа-частицы - ти/ц; мн. (ед. альфа части/ца, ы; ж.) Ядра атомов гелия, состоящие из двух протонов и двух нейтронов и имеющие положительный заряд … Словарь многих выражений

Мн. Ядра атомов гелия, состоящие из двух протонов и двух нейтронов, испускаемые атомными ядрами некоторых радиоактивных элементов или являющиеся продуктами ядерных реакций. Толковый словарь Ефремовой. Т. Ф. Ефремова. 2000 … Современный толковый словарь русского языка Ефремовой

- … Википедия

Книги

• Субчастицы. Частицы. Ядра , Г. К. Гребенщиков. Универсальная субчастица, на основе которой построены модели всех фундаментальных взаимодействий, есть одновременно квант электрического поля, квант массы и гравитационный заряд. Модель…