Alpha-Partikel: Entdeckung, Eigenschaften, Anwendungen
Alpha-Teilchen (oder α-Teilchen) sind Kerne ionisierter Heliumatome, die daher ihre Elektronen verloren haben. Heliumkerne bestehen aus zwei Protonen und zwei Neutronen. Diese Teilchen haben dann eine positive elektrische Ladung, deren Wert doppelt so hoch ist wie die Ladung des Elektrons, und deren Atommasse 4 Atommasseneinheiten beträgt.
Alpha-Partikel werden von bestimmten radioaktiven Substanzen spontan emittiert. Im Falle der Erde ist Radongas die wichtigste bekannte natürliche Emissionsquelle für Alphastrahlung. Radon ist ein radioaktives Gas, das in Boden, Wasser, Luft und in einigen Gesteinen vorhanden ist.
Entdeckung
Es war im Laufe der Jahre 1899 und 1900, als die Physiker Ernest Rutherford (der an der McGill University in Montreal, Kanada arbeitete) und Paul Villard (der in Paris arbeitete) drei Arten von Radicación unterschieden, die von Rutherford selbst benannt wurden als: Alpha, Beta und Gamma.
Die Unterscheidung wurde aufgrund der Fähigkeit, Objekte zu durchdringen, und ihrer Abweichung aufgrund eines Magnetfelds getroffen. Aufgrund dieser Eigenschaften definierte Rutherford Alpha-Strahlen als solche, die in gewöhnlichen Objekten ein geringeres Eindringvermögen aufwiesen.
So umfasste Rutherfords Arbeit Messungen des Verhältnisses der Masse eines Alpha-Teilchens zu seiner Ladung. Diese Messungen führten ihn zu der Hypothese, dass Alpha-Teilchen doppelt geladene Heliumionen waren.
Schließlich konnten Ernest Rutherford und Thomas Royds 1907 nachweisen, dass die von Rutherford aufgestellte Hypothese zutrifft, und so nachweisen, dass Alphateilchen doppelt ionisierte Heliumionen sind.
Eigenschaften
Einige der Hauptmerkmale von Alpha-Partikeln sind die folgenden:
Atommasse
4 Einheiten Atommasse; das heißt, 6, 68 × 10–27 kg.
Laden
Positiv, doppelte Ladung des Elektrons oder was ist das gleiche: 3.2 ∙ 10-19 C.
Geschwindigkeit
In der Größenordnung von 1, 5 · 107 m / s bis 3 · 107 m / s.
Ionisation
Sie haben eine hohe Kapazität, Gase zu ionisieren und in leitfähige Gase umzuwandeln.
Kinetische Energie
Seine kinetische Energie ist aufgrund seiner großen Masse und Geschwindigkeit sehr hoch.
Durchdringungskapazität
Sie haben ein geringes Eindringvermögen. In der Atmosphäre verlieren sie aufgrund ihrer großen Masse und elektrischen Ladung schnell an Geschwindigkeit, wenn sie mit verschiedenen Molekülen interagieren.
Alpha-Zerfall
Alpha-Zerfall oder Alpha-Zerfall ist eine Art radioaktiver Zerfall, der aus der Emission eines Alpha-Teilchens besteht.
In diesem Fall wird die Massenzahl des radioaktiven Kerns um vier Einheiten und die Ordnungszahl um zwei Einheiten verringert.
Im Allgemeinen ist der Prozess wie folgt:
A Z X → A-4 Z-2 Y + 4 2 He
Alpha-Zerfall tritt normalerweise in schwereren Kernen auf. Theoretisch kann es nur in etwas schwereren Kernen als Nickel auftreten, bei denen die allgemeine Bindungsenergie pro Nukleon nicht mehr minimal ist.
Die leichtesten Kerne, die bekannte Alpha-Partikel emittieren, sind die Isotope mit geringerer Tellurmasse. Somit ist Tellur 106 (106Te) das leichteste Isotop, in dem Alpha-Zerfall in der Natur auftritt. In Ausnahmefällen kann 8Be jedoch in zwei Alpha-Partikel zerlegt werden.
Da die Alpha-Teilchen relativ schwer und positiv geladen sind, ist ihr durchschnittlicher freier Weg sehr kurz, sodass sie in kurzer Entfernung von der Quelle schnell ihre kinetische Energie verlieren.
Alpha-Zerfall aus Urankernen
Ein sehr häufiger Fall von Alpha-Zerfall findet im Uran statt. Uran ist das schwerste chemische Element in der Natur.
Uran kommt in seiner natürlichen Form in drei Isotopen vor: Uran-234 (0, 01%), Uran-235 (0, 71%) und Uran-238 (99, 28%). Der Alpha-Zerfallsprozess für das am häufigsten vorkommende Uranisotop ist wie folgt:
238 92 U → 234 90 Th +4 2 He
Helio
Alles Helium, das gegenwärtig auf der Erde existiert, hat seinen Ursprung in den Prozessen des Alpha-Zerfalls verschiedener radioaktiver Elemente.
Aus diesem Grund kommt es normalerweise in uran- oder thoriumreichen Mineralvorkommen vor. In ähnlicher Weise scheint es auch mit Erdgasförderbrunnen verbunden zu sein.
Toxizität und Gesundheitsrisiken von Alpha-Partikeln
Im Allgemeinen stellt externe Alphastrahlung kein Gesundheitsrisiko dar, da Alphateilchen nur Entfernungen von wenigen Zentimetern zurücklegen können.
Auf diese Weise werden die Alpha-Partikel von den in nur wenigen Zentimetern Luft enthaltenen Gasen oder von der dünnen Außenschicht abgestorbener Haut eines Menschen absorbiert, wodurch Gesundheitsrisiken für den Menschen vermieden werden.
Alpha-Partikel sind jedoch bei Verschlucken oder Einatmen sehr gesundheitsschädlich.
Dies liegt daran, dass sie trotz ihres geringen Eindringvermögens einen sehr großen Einfluss haben, da sie die schwersten Atompartikel sind, die von einer radioaktiven Quelle emittiert werden.
Anwendungen
Alpha-Partikel haben unterschiedliche Anwendungen. Einige der wichtigsten sind die folgenden:
- Krebsbehandlung.
- Beseitigung statischer Elektrizität in industriellen Anwendungen.
- Verwendung in Rauchmeldern.
- Kraftstoffquelle für Satelliten und Raumfahrzeuge.
- Stromquelle für Herzschrittmacher.
- Stromquelle für entfernte Sensorstationen.
- Energiequelle für seismische und ozeanographische Geräte.
Wie zu sehen ist, wird Alpha-Partikel häufig als Energiequelle für verschiedene Anwendungen verwendet.
Darüber hinaus ist derzeit eine der Hauptanwendungen von Alpha-Partikeln als Projektile in der Kernforschung.
Zunächst werden Alphateilchen durch Ionisation erzeugt (dh durch Abtrennen von Elektronen von Heliumatomen). Anschließend werden diese Alpha-Partikel bei hohen Energien beschleunigt.
