Hạt Alpha: Khám phá, Đặc điểm, Ứng dụng
Các hạt alpha (hay hạt α) là hạt nhân của các nguyên tử helium bị ion hóa, do đó, đã mất electron. Hạt nhân helium gồm hai proton và hai neutron. Sau đó, các hạt này có điện tích dương có giá trị gấp đôi điện tích của electron và khối lượng nguyên tử của nó là 4 đơn vị khối lượng nguyên tử.
Các hạt alpha được phát ra một cách tự nhiên bởi một số chất phóng xạ. Trong trường hợp Trái đất, nguồn phát xạ tự nhiên chính được biết đến là bức xạ radon. Radon là một loại khí phóng xạ có trong đất, nước, không khí và trong một số loại đá.
Khám phá
Đó là trong suốt những năm 1899 và 1900 khi các nhà vật lý Ernest Rutherford (làm việc tại Đại học McGill ở Montreal, Canada) và Paul Villard (làm việc ở Paris) phân biệt ba loại radicación, được đặt tên bởi chính Ruthherford là: alpha, beta và gamma.
Sự khác biệt được thực hiện dựa trên khả năng xuyên qua các vật thể và độ lệch của chúng do từ trường. Nhờ những đặc tính này, Rutherford định nghĩa các tia alpha là những tia có khả năng xuyên thấu thấp hơn trong các vật thể thông thường.
Do đó, công trình của Rutherford bao gồm các phép đo tỷ lệ khối lượng của hạt alpha so với điện tích của nó. Các phép đo này đã khiến ông đưa ra giả thuyết rằng các hạt alpha là các ion helium tích điện kép.
Cuối cùng, vào năm 1907 Ernest Rutherford và Thomas Royds đã có thể chứng minh rằng giả thuyết được thành lập bởi Rutherford là đúng, do đó chứng minh rằng các hạt alpha là các ion helium bị ion hóa.
Các tính năng
Một số đặc điểm chính của các hạt alpha như sau:
Khối lượng nguyên tử
4 đơn vị khối lượng nguyên tử; nghĩa là 6, 68 10-27 kg.
Đang tải
Tích cực, gấp đôi điện tích của electron, hoặc cái gì giống nhau: 3, 2 10-19 C.
Tốc độ
Trong số thứ tự từ 1, 5 · 107 m / s đến 3 · 107 m / s.
Ion hóa
Chúng có khả năng ion hóa khí cao, biến chúng thành khí dẫn.
Động năng
Động năng của nó rất cao là kết quả của khối lượng và tốc độ lớn của nó.
Khả năng thâm nhập
Họ có khả năng thâm nhập thấp. Trong khí quyển, chúng nhanh chóng mất tốc độ khi tương tác với các phân tử khác nhau do hậu quả của khối lượng lớn và điện tích của chúng.
Alpha phân rã
Phân rã alpha hay phân rã alpha là một loại phân rã phóng xạ bao gồm sự phát xạ của hạt alpha.
Khi điều này xảy ra, lõi phóng xạ thấy số khối của nó giảm bốn đơn vị và số nguyên tử của nó giảm hai đơn vị.
Nói chung, quá trình như sau:
A Z X → A-4 Z-2 Y + 4 2 Anh
Alpha phân rã thường xảy ra trong các hạt nhân nặng hơn. Về mặt lý thuyết, nó chỉ có thể xảy ra trong các hạt nhân nặng hơn một chút so với niken, trong đó năng lượng liên kết chung trên mỗi nucleon không còn tối thiểu.
Các hạt nhân nhẹ nhất phát ra các hạt alpha đã biết là các đồng vị có khối lượng Tellurium thấp hơn. Do đó, Tellurium 106 (106Te) là đồng vị nhẹ nhất trong đó phân rã alpha xảy ra trong tự nhiên. Tuy nhiên, 8Be đặc biệt có thể được chia thành hai hạt alpha.
Do các hạt alpha tương đối nặng và tích điện dương, nên đường tự do trung bình của chúng rất ngắn, do đó chúng nhanh chóng mất động năng ở khoảng cách ngắn từ nguồn.
Alpha phân rã từ hạt nhân uranium
Một trường hợp phân rã alpha rất phổ biến diễn ra trong uranium. Uranium là nguyên tố hóa học nặng nhất được tìm thấy trong tự nhiên.
Ở dạng tự nhiên, uranium xuất hiện ở ba đồng vị: uranium-234 (0, 01%), uranium-235 (0, 71%) và uranium-238 (99, 28%). Quá trình phân rã alpha cho đồng vị urani phong phú nhất như sau:
238 92 U → 234 90 Th +4 2 Anh
Helio
Tất cả các helium hiện đang tồn tại trên Trái đất đều có nguồn gốc từ các quá trình phân rã alpha của các nguyên tố phóng xạ khác nhau.
Vì lý do này, nó thường được tìm thấy trong các mỏ khoáng sản giàu uranium hoặc thorium. Tương tự, nó cũng xuất hiện liên quan đến các giếng khai thác khí đốt tự nhiên.
Độc tính và nguy cơ sức khỏe của các hạt alpha
Nói chung, bức xạ alpha bên ngoài không gây nguy hiểm cho sức khỏe, vì các hạt alpha chỉ có thể di chuyển khoảng cách vài cm.
Theo cách này, các hạt alpha được hấp thụ bởi các khí có trong chỉ vài cm không khí hoặc bởi lớp da chết mỏng bên ngoài của một người, do đó tránh được mọi nguy cơ đối với sức khỏe của con người.
Tuy nhiên, các hạt alpha rất nguy hiểm cho sức khỏe trong trường hợp nuốt phải hoặc hít phải.
Điều này là như vậy bởi vì, mặc dù chúng có sức xuyên thấu nhỏ, nhưng tác động của chúng rất lớn, vì chúng là các hạt nguyên tử nặng nhất phát ra từ một nguồn phóng xạ.
Ứng dụng
Các hạt alpha có các ứng dụng khác nhau. Một số quan trọng nhất là như sau:
- Điều trị ung thư.
- Loại bỏ tĩnh điện trong các ứng dụng công nghiệp.
- Sử dụng trong máy dò khói.
- Nguồn nhiên liệu cho vệ tinh và tàu vũ trụ.
- Nguồn điện cho máy tạo nhịp tim.
- Nguồn điện cho các trạm cảm biến từ xa.
- Nguồn năng lượng cho các thiết bị địa chấn và hải dương học.
Có thể thấy, việc sử dụng các hạt alpha rất phổ biến là nguồn năng lượng cho các ứng dụng khác nhau.
Ngoài ra, hiện tại một trong những ứng dụng chính của các hạt alpha là các viên đạn trong nghiên cứu hạt nhân.
Đầu tiên, các hạt alpha được tạo ra bằng cách ion hóa (nghĩa là tách các electron khỏi các nguyên tử helium). Sau đó, các hạt alpha này được gia tốc ở mức năng lượng cao.
