Что представляет собой а частица

Что представляет собой а частица

Альфа-частица (или α-частица) – ядро атома гелия, состоящее из связанных вместе двух протонов и двух нейтронов. Обычно обозначается α или , где верхний индекс — полное число протонов и нейтронов в ядре гелия, а нижний – число протонов. Альфа-частица имеет заряд +2е, где е – величина элементарного заряда, и обладает повышенной устойчивостью и плотностью. Она представляет собой сферически симметричный объект радиусом около Плотность материи и электрического заряда максимальна в центре альфа-частицы и спадает к её периферии.
По распространённости в природе (около 9% всех ядер) ядра гелия уступают только ядрам водорода (около 90%). Масса альфа-частицы 4.0015 атомных единиц массы или 6.645·10 -27 кг. Энергия, необходимая для расщепления альфа-частицы на составляющие её протоны и нейтроны, около 28.3 МэВ (или 4.53·10 -13 Дж). Альфа-частицы самопроизвольно испускаются при распаде многих тяжёлых ядер. Возникающий при этом вид распада (радиоактивности) атомных ядер носит название альфа-распада или альфа-радиоактивности.
Вылетевшая из ядра, α-частица пролетает в воздухе расстояние несколько сантиметров и в результате торможения останавливается. Для защиты от альфа-частиц достаточно слоя воздуха в несколько сантиметров или листа папиросной бумаги.

Что такое Альфа частица?

Альфа частица представляет собой положительно заряженную частицу в ядерной физике, которая образуется при распаде ядер и имеет два протона и два нейтрона. Поток таких частиц принято называть альфа излучением.

Открытие в ядерной физике

Впервые о данном явлении упомянул ученый Э. Резерфорд еще вначале XX в., который в числе первых предположил наличие бета, гамма и, конечно же, альфа частиц, провел много опытов превращения ядер азота в ядра кислорода. Среди нескольких видов излучений, альфа излучение наиболее безопасное для живых существ.

Основные характеристики

Альфа частица выглядит как симметричный объект в виде сферы, при радиусе приблизительно 2·10 -13 см. Что касается ее массы, то это — 6.6·10 -27 кг. Скорость ее передвижения довольно низкая, при выхождении из ядра, она способна перемещаться еще некоторое расстояние, затем останавливается.

При близком контакте с кожей человека она способна проникнуть на расстояние всего нескольких микрон. Это объясняется процессом ионизации, при котором поток отдает большую часть своей первоначальной энергии.

Взаимодействие альфа излучения с различными веществами

Частицы, образующие альфа излучение, являются довольно тяжелыми, вследствие чего у них небольшая скорость. Также, стоит отметить, что большое количество своей энергии они передают поглотителю при малой скорости, при этом образуется большое количество пар ионов. Для примера рассматривается частица со скоростью 20 мм/с которая способна образовать в воздухе приблизительно сто тысяч пар ионов.

Влияние на живые организмы

Альфа-распад атомного ядра

Внешняя проникающая способность данного излучения небольшая, может вполне задерживаться слоем бумаги. При малом внешнем воздействии возможно развитие злокачественных образований и нарушение правильного обмена веществ. Однако, при таком виде подвержены поражению слизистые участки тела и глаза, которые не поддаются дальнейшему излечению.

В процессе большого количества исследований, ученые пришли к выводу, что альфа частицы при попадании в живой организм с помощью пищи, воды и воздуха могут принести поистине катастрофические разрушения, поскольку они полностью сжигают живой организм изнутри. Особенно опасными признаны альфа частицы плутония 239, которые активно накапливаются в почках, печени, легких, селезенке и приводят к тяжелой форме лучевой болезни, затем и к скорому летальному исходу.

Научно-популярный фильм о Эрнесте Резерфорде

Похожие статьи

Понравилась запись? Расскажи о ней друзьям!

Альфа-частица, виды, свойства и применение

Альфа-частица (α-частица) — одна из элементарных частиц, она состоит из двух протонов и двух нейтронов. Это ядро атома гелия (He), является одним из основных составляющих радиоактивного распада.

Полезные статьи:

Что такое квант?

Электрон, свойства и применение

Все статьи

Протон — это элементарная частица, которая имеет положительный заряд и массу около 1 а.е.м. (атомная единица массы). Нейтрон — это элементарная нейтральная частица с массой, близкой к массе протона, но не имеющей электрического заряда.

В природе образуются в звездах в результате термоядерных реакций. Например, когда два ядра водорода (протона) соединяются, образуя ядро гелия, выделяется одна альфа-частица. Также являются ядра атомов, образующиеся в результате распада радиоактивных элементов.

Альфа-частицы имеют высокую энергию и могут проникать через многие материалы, включая живые ткани. Они также могут вызывать ионизацию в веществе, что приводит к образованию свободных радикалов и других повреждений в клетках и тканях.

В радиоактивном распаде альфа-частицы образуются в результате отдачи энергии и массы при превращении ядра атома в ядро другого элемента. Этот процесс называется альфа-распадом и происходит с выделением энергии в виде альфа-излучения.

Кроме того, альфа-частицы могут использоваться в медицине в качестве источника радиационного излучения для лечения некоторых видов рака. Они обладают высокой энергией и могут вызывать повреждение клеток опухоли, что может привести к их гибели.

Однако, альфа-частицы также могут представлять опасность для здоровья человека. При попадании в организм они могут вызвать радиационное повреждение клеток, что может привести к развитию рака или других заболеваний. Поэтому, при работе с радиоактивными материалами, необходимо соблюдать меры предосторожности и использовать соответствующие средства защиты.

Открытие альфа-частицы

Открытие альфа-частицы было сделано в 1932 году Эрнестом Резерфордом и Джеймсом Чедвиком.

В 1909 году Резерфорд и Чедвик обнаружили, что при бомбардировке ядер атомов азота альфа-частицами образуются ядра гелия. Это означало, что альфа-частица состоит из двух протонов и двух нейтронов. Однако, до открытия, ученые уже знали, что существуют частицы, которые имеют заряд, равный заряду протона, и массу, равную массе нейтрона. Эти частицы назывались мезонами.

В 1932 году Джеймс Чедвик, британский физик, открыл ядро атома, а также предложил термин «альфа-частица» для описания этой частицы. Он также предположил, что альфа-частица состоит из двух протонов и двух нейтронов, которые были связаны друг с другом сильным ядерным взаимодействием.

Однако, в течение следующих нескольких лет, были открыты другие частицы, такие как бета-частицы (электроны) и гамма-лучи, которые также имели важное значение для понимания строения атома. В 1940 году, Эрнест Лоуренс, американский физик, предложил модель атома, которая включала в себя все эти частицы и объяснила их взаимодействие друг с другом.

Также открытие α-частицы (альфа-частицы) было сделано в 1932 году Эрнестом Резерфордом. Он обнаружил, что при распаде ядер атомов происходит выброс частиц с высокой энергией и массой, которые он назвал α-частицами.

В то время Резерфорд занимался исследованием радиоактивности и хотел понять, как происходит распад ядер. Он проводил эксперименты на уране, который был радиоактивным элементом, и обнаружил, что когда он бомбардировал его α-частицами, ядро распадалось на две части с помощью α-частиц.

Ученый сделал вывод, что α-частица имеет массу, которая в два раза превышает массу протона, и является элементарной частицей. Он также предположил, что α-частицу можно использовать для изучения структуры ядра и его свойств.

Открытие α-частицы стало важным шагом в развитии ядерной физики и помогло ученым понять, как происходят ядерные реакции и как можно использовать ядерную энергию.

Виды альфа-частицы

Существует несколько видов альфа-частиц в зависимости от их свойств:

Легкие альфа-частицы

Легкие альфа-частицы — это элементарные частицы, которые образуются в результате распада радиоактивных изотопов. Они имеют заряд +2 и массу, равную массе четырех протонов или нейтронов.

Обладают высокой энергией и могут вызывать ионизацию атомов в веществе, что приводит к возникновению рентгеновских лучей. Также они могут быть использованы в ядерной энергетике для получения энергии путем деления ядер тяжелых элементов.

В природе легкие альфа-частицы образуются в результате радиоактивного распада урана и тория. Они также могут быть получены искусственно в ядерных реакторах и ускорителях частиц. Имеют широкое применение в науке и технике, включая медицину, радиационную безопасность, ядерную энергетику и другие области.

Тяжелые альфа-частицы

Тяжелые α-частицы могут быть получены при ядерных реакциях, которые происходят в ядерных реакторах, ускорителях частиц или в космических лучах. Они могут вызывать радиационные повреждения в организме человека и животных, а также влиять на работу электроники и других устройств, работающих в условиях радиации.

Для защиты от тяжелых α-частиц используются различные методы, такие как экранирование, использование специальных материалов или защитных устройств. Также важно соблюдать правила безопасности при работе с радиоактивными материалами и использовать специальные средства индивидуальной защиты.

Быстрые альфа-частицы

Быстрые альфа-частицы — это частицы, имеющие высокую кинетическую энергию и массу. Они образуются в результате ядерных реакций или распада радиоактивных элементов. Имеют положительный заряд и массу, равную примерно 4 атомной единицы массы (а.е.м.). Они могут иметь разные энергии, от нескольких МэВ до нескольких ГэВ.

Быстрые альфа-частицы могут использоваться в различных областях науки и техники. Например, они используются в медицинских исследованиях для диагностики и лечения рака, а также в ядерной энергетике для производства энергии.

Медленные альфа-частицы

Медленные альфа-частицы имеют низкую энергию и низкую скорость, что делает их медленными и тяжелыми. Они могут быть использованы в различных научных исследованиях, таких как изучение свойств материалов и ядер, а также в медицине для лечения рака.

В ядерной физике медленными альфа-частицами называют ядра атомов гелия, движущиеся с относительной скоростью, равной или меньшей скорости света.

Медленные альфа-частицы образуются в результате ядерной реакции деления урана-235. Они обладают высокой проникающей способностью, что делает их опасными для живых организмов. При попадании в ткани они вызывают ионизацию и повреждение клеток.

Положительные альфа-частицы

Альфа-частица — это ядро атома гелия (2 протона и 2 нейтрона). Они могут иметь положительный заряд, если несут положительный заряд одного из протонов. Это происходит, когда альфа-частицу выбрасывает радиоактивный изотоп. Такие альфа-частицы называются «положительными альфа-частицами».

Положительные альфа-частицы несут положительный заряд и имеют высокую энергию. Они обычно используются в научных экспериментах, где требуется высокая энергия частиц для исследования свойств материалов и создания новых технологий.

Положительные альфа-частицы имеют ряд преимуществ перед другими видами частиц:

• Высокая энергия: обладают высокой энергией, что позволяет им проникать в ткани на большую глубину. Это делает их эффективным инструментом для лечения рака и других заболеваний.
• Низкая вероятность столкновения с тканями: из-за своей высокой энергии альфа-частицы могут проходить через ткани, не сталкиваясь с ними. Это уменьшает повреждение здоровых клеток и увеличивает эффективность лечения.
• Высокая доза облучения: благодаря высокой энергии, альфа-частицы способны создавать высокую дозу облучения, что может быть полезно для лечения некоторых видов рака.
• Безопасность для здоровых тканей: благодаря низкой вероятности столкновения с тканями, альфа-частицы обычно не повреждают здоровые клетки и могут быть использованы для лечения опухолей, которые не затрагивают здоровые ткани.
• Возможность доставки лекарств: некоторые лекарственные препараты могут быть доставлены в опухоль с помощью альфа-частиц. Это может быть полезным для лечения рака, который не реагирует на традиционные методы лечения.

Отрицательные альфа-частицы (анти-альфа-частицы)

Отрицательные альфа-частицы, также известные как антипротоны, являются античастицами протона. Они обладают той же массой, что и протоны, но имеют противоположный заряд. Отрицательный заряд означает, что они притягиваются к положительно заряженным частицам, таким как электроны, ядра атомов и ядра других антиатомов (например, антигелия).

Антипротоны могут быть получены в ядерных реакциях, таких как столкновения между протонами и ядрами атомов или антипротонов с другими частицами. Антипротоны можно обнаружить в космических лучах и на ускорителях частиц, где они используются для исследований физики высоких энергий и для создания ядер антиатомов.

В природе, отрицательные альфа-частицы не могут существовать в свободном состоянии, так как они быстро распадаются на позитроны и нейтрино. Однако, в лабораторных условиях, антипротоны могут удерживаться и изучаться в специальных ловушках и ускорителя.

Другие виды альфа-частиц

Существует несколько видов альфа-частиц, которые отличаются друг от друга по своей энергии и массе:

• Альфа-частицы с низкой энергией (0,1-1 МэВ) обычно используются в медицинских целях для лечения рака и других заболеваний.
• Средней энергии (1-5 МэВ) применяются в ядерной физике для исследования атомных ядер и создания новых элементов.
• Высокоэнергетические альфа-частицы (5-20 МэВ) используются в космических исследованиях для изучения космических лучей и радиационной защиты.
• Атомные — это альфа-частицы, которые образуются при ядерных реакциях внутри атомного ядра. Они имеют высокую энергию и могут быть использованы для создания новых ядер и элементов.

Свойства альфа-частицы

Альфа-частицы обладают рядом свойств, которые делают их уникальными и полезными в различных областях науки и техники:

• Образование: образуются в результате ядерных реакций, таких как деление ядер урана или синтез ядер водорода.
• Масса: составляет примерно 4,003 а.е.м. (атомных единиц массы), что соответствует массе двух протонов и одного нейтрона.
• Заряд: равен +2, что означает, что она имеет два положительных заряда.
• Высокая энергия: имеют очень высокую энергию, которая может достигать нескольких МэВ (миллионов электрон-вольт). Это позволяет им проникать через материалы с высокой плотностью, такие как металлы и камни.
• Радиоактивность: могут вызывать радиоактивный распад, если они сталкиваются с атомами вещества. Это свойство используется в медицине для лечения рака и других заболеваний.
• Время жизни: могут иметь различное время жизни, в зависимости от их источника. Некоторые α-частицы имеют очень короткое время жизни и распадаются на другие частицы, такие как протоны и нейтроны.
• Импульс: α-частица имеет импульс, который можно измерить. Он зависит от энергии частицы и ее массы.
• Взаимодействие с веществом: может приводить к различным эффектам, таким как ионизация, возбуждение и разрушение атомов. . Однако, в отличие от других частиц, она не имеет электрического заряда и не взаимодействует с электромагнитным полем.
• Применение в науке и технике: используются в научных исследованиях для изучения структуры атомов и молекул, а также в технике для создания источников излучения.
• Безопасность: являются опасными для здоровья человека, поэтому при работе с ними необходимо соблюдать меры безопасности.

Скорость альфа-частицы

Скорость альфа-частицы зависит от ее энергии и массы. Имеет массу примерно в 4 раза большую, чем масса электрона (1/127 от массы протона), что делает ее более массивной.

Скорость альфа-частицы определяется по формуле:

• где v — скорость,
• E — энергия, m — масса.

Например, если энергия альфа-частицы равна 1 МэВ, то ее скорость будет равна:

v ≈ (2 * 1 / 4) = 0.5 мм/с

Таким образом, скорость альфа-частицы может быть значительно выше, чем у электрона, но все же она остается довольно низкой по сравнению с другими частицами и даже с некоторыми газами.

Распад альфа-частицы

Распад альфа-частицы происходит по нескольким механизмам, каждый из которых имеет свою вероятность и скорость распада.

• Альфа-распад: Это наиболее распространенный механизм распада. При этом альфа-частица превращается в ядро атома азота (N) с испусканием электрона и позитрона. Вероятность распада на ядро азота и два позитрона составляет около 99,9%.
• Бета-распад нейтрона: При распаде может также происходить бета-распад одного из нейтронов, входящих в ее состав. В результате этого образуется ядро атома кислорода (O) и электрон. Вероятность бета-распада одного из нейтронов составляет около 0,1%.
• Атомный распад: Иногда при распаде альфа-частицы образуется ядро атома углерода (C) или азота (N). Вероятность этого процесса составляет менее 0,01%.

В целом, распад альфа-частицы является сложным процессом, который происходит с разной вероятностью и скоростью в зависимости от состава ядра и окружающей среды.

Энергия альфа-частицы

Энергия альфа-частиц может быть измерена с помощью специальных приборов, таких как альфа-спектрометры. При взаимодействии с веществом они могут терять энергию, передавая ее атомам и молекулам, с которыми они взаимодействуют.

Потеря энергии может происходить различными способами. Например, при прохождении через вещество альфа-частица может сталкиваться с электронами или ядрами атомов, что приводит к потере кинетической энергии. Также может потерять энергию, отдавая свою энергию электромагнитному излучению, такому как рентгеновские лучи.

Таким образом, энергия альфа-частицы может быть измерена и описана различными способами, в зависимости от условий взаимодействия с веществом.

Применение альфа-частицы

Альфа-частицы, или ядра гелия, являются элементарными частицами и используются в различных областях науки и техники. Ниже приведены некоторые примеры применения альфа-частиц:

• Медицина. Используются в медицине для лечения рака и других заболеваний. В частности, они применяются в радиотерапии, когда радиация альфа-частиц используется для уничтожения раковых клеток.
• Наука. Также используются в научных исследованиях для изучения свойств ядер и взаимодействия частиц с материей. Они используются в экспериментах по ядерной физике, физике элементарных частиц и астрофизике.
• Энергетика. Альфа-частицы являются одним из видов ядерного топлива. Они могут быть использованы для производства энергии в ядерных реакторах.
• Электроника. Могут использоваться для создания электронных устройств, таких как счетчики Гейгера, которые используются для обнаружения радиоактивных частиц.
• Космическая техника. Широко примегняются в космической технике для защиты космических аппаратов от космических лучей. Они также могут быть использованы в космических станциях для очистки воздуха и воды.
• Производство полупроводников. Альфа-частицы играют важную роль в производстве полупроводников, таких как кремний, германий и арсенид галлия. Они используются для создания кристаллов с высокой степенью чистоты и однородности.
• Другие области. Имеют широкое применение в различных отраслях промышленности и научных исследованиях. Например, они используются в производстве лекарств, химических исследованиях, производстве электроники, производстве стекла и керамики.

Что представляет собой а частица

Физика ХХ века > Строение атома. Радиоактивность > Альфа-частица ( α ), бета-частица ( β ) , гамма-излучение ( γ )

Содержание

Альфа-частица (α) — ядро атома гелия 4 2He. Имеет массу 4 а.е.м. = 6,68 . 10 -27 кг. Имеет заряд +2е = 3,2 . 10 -19 Кл. Состои из двух протонов 1 1Н и двух нейтронов 1 0n. Отклоняется магнитным (по правилу левой руки) и электрическим (в направлении силовых линий) полями. Обладает слабой проникающей способностью (например, легко задерживается листом бумаги) Бета-частица ( β ) — электрон 0 -1e. Имеет массу 1/1840 а.е.м. = 9,1 . 10 -31 кг. Имеет заряд е = -1,6 . 10 -19 Кл. Отклоняется магнитным (против правила левой руки) и электрическим (против направления силовых линий) полями. Проникающая способность лучше, чем у α — частиц (задерживается металлической пластинкой толщиной в несколько мм). Гамма-излучение ( γ ) — электромагнитные волны 0 0γ. Обладают очень высокой проникающей способностью. Не имеет массы покоя. Не имеет заряда. Не отклоняется ни магнитным, ни электрическим полями. Обладает сильной приникающей способностью (свинцовая пластина толщиной в 1 см не является для него заметным препятствием, ослабляя γ — излучение лишь в два раза) Дополнительно см. фильмы «Явление радиоактивности», «Проникающая способность радиоактивных излучений»