Les rayonnements alpha et bêta sont généralement appelés désintégrations radioactives. C'est un processus qui est l'émission de particules subatomiques du noyau, se produisant à une vitesse énorme. En conséquence, un atome ou son isotope peut changer d'un élément chimique à un autre. Les désintégrations alpha et bêta des noyaux sont caractéristiques des éléments instables. Ceux-ci incluent tous les atomes avec un nombre de charge supérieur à 83 et un nombre de masse supérieur à 209.
Conditions de réaction
La décomposition, comme les autres transformations radioactives, est naturelle et artificielle. Ce dernier se produit en raison de la pénétration d'une particule étrangère dans le noyau. La quantité de désintégration alpha et bêta qu'un atome peut subir dépend uniquement de la rapidité avec laquelle un état stable est atteint.
Dans des circonstances naturelles, des désintégrations alpha et bêta moins se produisent.
Dans des conditions artificielles, les neutrons, les positrons, les protons et d'autres types plus rares de désintégrations et de transformations de noyaux sont présents.
Ces noms ont été donnés par Ernest Rutherford, qui a étudié les radiations radioactives.
La différence entre stable et instablenoyau
La capacité de désintégration dépend directement de l'état de l'atome. Le noyau dit "stable" ou non radioactif est caractéristique des atomes qui ne se désintègrent pas. En théorie, de tels éléments peuvent être observés indéfiniment pour être enfin convaincu de leur stabilité. Ceci est nécessaire pour séparer ces noyaux des noyaux instables, qui ont une demi-vie extrêmement longue.
Par erreur, un atome aussi "lent" peut être confondu avec un atome stable. Cependant, le tellure, et plus précisément son isotope numéro 128, qui a une demi-vie de 2,2·1024 ans, peut en être un exemple frappant. Ce cas n'est pas isolé. Le lanthane-138 a une demi-vie de 1011 ans. Cette période correspond à trente fois l'âge de l'univers existant.
L'essence de la désintégration radioactive
Ce processus se produit de manière aléatoire. Chaque radionucléide en décomposition acquiert un taux qui est constant pour chaque cas. Le taux de décroissance ne peut pas changer sous l'influence de facteurs externes. Peu importe qu'une réaction se produise sous l'influence d'une énorme force gravitationnelle, au zéro absolu, dans un champ électrique et magnétique, lors d'une réaction chimique, etc. Le processus ne peut être influencé que par un impact direct sur l'intérieur du noyau atomique, ce qui est pratiquement impossible. La réaction est spontanée et ne dépend que de l'atome dans lequel elle se déroule et de son état interne.
Quand on se réfère aux désintégrations radioactives, le terme "radionucléide" est souvent utilisé. Pour ceux qui ne sont pasfamilier avec cela, vous devez savoir que ce mot désigne un groupe d'atomes qui ont des propriétés radioactives, leur propre nombre de masse, numéro atomique et statut énergétique.
Divers radionucléides sont utilisés dans les domaines techniques, scientifiques et autres de la vie humaine. Par exemple, en médecine, ces éléments sont utilisés pour diagnostiquer des maladies, traiter des médicaments, des outils et d'autres objets. Il existe même un certain nombre de radiomédicaments thérapeutiques et pronostiques.
Non moins importante est la définition de l'isotope. Ce mot fait référence à un type particulier d'atomes. Ils ont le même numéro atomique qu'un élément ordinaire, mais un nombre de masse différent. Cette différence est causée par le nombre de neutrons, qui n'affectent pas la charge, comme les protons et les électrons, mais modifient leur masse. Par exemple, l'hydrogène simple en possède jusqu'à 3. C'est le seul élément dont les isotopes portent un nom: le deutérium, le tritium (le seul radioactif) et le protium. Dans d'autres cas, les noms sont donnés en fonction des masses atomiques et de l'élément principal.
Dégradation alpha
C'est une sorte de réaction radioactive. Il est typique des éléments naturels des sixième et septième périodes du tableau périodique des éléments chimiques. Notamment pour les éléments artificiels ou transuraniens.
Éléments sujets à désintégration alpha
Le nombre de métaux caractérisés par cette désintégration comprend le thorium, l'uranium et d'autres éléments des sixième et septième périodes du tableau périodique des éléments chimiques, à partir du bismuth. Le processus subit également des isotopes parmi les lourdsarticles.
Que se passe-t-il lors d'une réaction ?
Lorsque la désintégration alpha commence, l'émission depuis le noyau de particules composées de 2 protons et d'une paire de neutrons. La particule émise elle-même est le noyau d'un atome d'hélium, avec une masse de 4 unités et une charge de +2.
En conséquence, un nouvel élément apparaît, situé deux cellules à gauche de l'original dans le tableau périodique. Cet arrangement est déterminé par le fait que l'atome d'origine a perdu 2 protons et avec lui - la charge initiale. En conséquence, la masse de l'isotope résultant est réduite de 4 unités de masse par rapport à l'état initial.
Exemples
Au cours de cette désintégration, le thorium se forme à partir de l'uranium. Du thorium vient le radium, du radon, qui finit par donner du polonium, et enfin du plomb. Dans ce processus, des isotopes de ces éléments sont formés, et non eux-mêmes. Ainsi, il s'avère que l'uranium-238, le thorium-234, le radium-230, le radon-236 et ainsi de suite, jusqu'à l'apparition d'un élément stable. La formule d'une telle réaction est la suivante:
Th-234 -> Ra-230 -> Rn-226 -> Po-222 -> Pb-218
La vitesse de la particule alpha sélectionnée au moment de l'émission est de 12 à 20 mille km/sec. Étant dans le vide, une telle particule ferait le tour du globe en 2 secondes, se déplaçant le long de l'équateur.
Beta Decay
La différence entre cette particule et un électron réside dans le lieu d'apparition. La désintégration bêta se produit dans le noyau d'un atome, et non dans la couche d'électrons qui l'entoure. La plus commune de toutes les transformations radioactives existantes. On peut l'observer dans la quasi-totalité deséléments chimiques. Il en résulte que chaque élément possède au moins un isotope sujet à désintégration. Dans la plupart des cas, la désintégration bêta entraîne une désintégration bêta-moins.
Flux de réaction
Dans ce processus, un électron est éjecté du noyau, qui est né de la transformation spontanée d'un neutron en un électron et un proton. Dans ce cas, en raison de la plus grande masse, les protons restent dans le noyau et l'électron, appelé particule bêta moins, quitte l'atome. Et comme il y a plus de protons par unité, le noyau de l'élément lui-même change vers le haut et se situe à droite de l'original dans le tableau périodique.
Exemples
La désintégration du bêta avec le potassium 40 le transforme en un isotope du calcium, situé à droite. Le calcium-47 radioactif devient du scandium-47, qui peut se transformer en titane-47 stable. À quoi ressemble cette désintégration bêta ? Formule:
Ca-47 -> Sc-47 -> Ti-47
La vitesse d'une particule bêta est 0,9 fois la vitesse de la lumière, soit 270 000 km/sec.
Il n'y a pas trop de nucléides bêta-actifs dans la nature. Il y en a très peu d'importants. Un exemple est le potassium-40, qui n'est que de 119/10 000 dans un mélange naturel. En outre, parmi les radionucléides actifs bêta-moins naturels importants figurent les produits de désintégration alpha et bêta de l'uranium et du thorium.
La désintégration bêta a un exemple typique: le thorium-234, qui dans la désintégration alpha se transforme en protactinium-234, puis de la même manière devient de l'uranium, mais son autre isotope numéro 234. Cet uranium-234 est à nouveau dû à l'alpha la pourriture devientthorium, mais déjà une variété différente de celui-ci. Ce thorium-230 devient alors du radium-226, qui se transforme en radon. Et dans la même séquence, jusqu'au thallium, uniquement avec des transitions bêta différentes. Cette désintégration bêta radioactive se termine par la formation de plomb-206 stable. Cette transformation a la formule suivante:
Th-234 -> Pa-234 -> U-234 -> Th-230 -> Ra-226 -> Rn-222 -> At-218 -> Po-214 -> Bi-210 -> Pb-206
Les radionucléides bêta actifs naturels et significatifs sont le K-40 et les éléments allant du thallium à l'uranium.
Dégradation bêta-plus
Il y a aussi une transformation bêta plus. On l'appelle aussi désintégration bêta du positron. Il émet une particule appelée positron à partir du noyau. Le résultat est la transformation de l'élément d'origine en celui de gauche, qui a un numéro inférieur.
Exemple
Lorsque la désintégration bêta électronique se produit, le magnésium-23 devient un isotope stable du sodium. L'europium-150 radioactif devient le samarium-150.
La réaction de désintégration bêta qui en résulte peut créer des émissions bêta+ et bêta-. La vitesse d'échappement des particules dans les deux cas est de 0,9 fois la vitesse de la lumière.
Autres désintégrations radioactives
A côté des réactions telles que la désintégration alpha et la désintégration bêta, dont la formule est largement connue, il existe d'autres processus plus rares et plus caractéristiques des radionucléides artificiels.
Désintégration des neutrons. Une particule neutre de 1 unité est émisemasses. Au cours de celle-ci, un isotope se transforme en un autre avec un nombre de masse plus petit. Un exemple serait la conversion du lithium-9 en lithium-8, de l'hélium-5 en hélium-4.
Lorsqu'un isotope stable de l'iode 127 est irradié par des rayons gamma, il devient l'isotope numéro 126 et acquiert de la radioactivité.
Désintégration du proton. C'est extrêmement rare. Au cours de celle-ci, un proton est émis, ayant une charge de +1 et 1 unité de masse. Le poids atomique diminue d'une valeur.
Toute transformation radioactive, en particulier les désintégrations radioactives, s'accompagne d'une libération d'énergie sous forme de rayonnement gamma. Ils appellent cela les rayons gamma. Dans certains cas, des rayons X de plus faible énergie sont observés.
Dégradation gamma. C'est un flux de quanta gamma. C'est un rayonnement électromagnétique, plus dur que les rayons X, qui est utilisé en médecine. En conséquence, des quanta gamma apparaissent, ou des flux d'énergie provenant du noyau atomique. Les rayons X sont également électromagnétiques mais proviennent des couches d'électrons de l'atome.
Les particules alpha courent
Les particules alpha d'une masse de 4 unités atomiques et d'une charge de +2 se déplacent en ligne droite. Pour cette raison, nous pouvons parler de la gamme de particules alpha.
La valeur de la course dépend de l'énergie initiale et varie de 3 à 7 (parfois 13) cm dans l'air. En milieu dense, c'est un centième de millimètre. Un tel rayonnement ne peut pas pénétrer une feuillepapier et peau humaine.
En raison de sa propre masse et de son propre nombre de charges, la particule alpha a le pouvoir ionisant le plus élevé et détruit tout sur son passage. À cet égard, les radionucléides alpha sont les plus dangereux pour les humains et les animaux lorsqu'ils sont exposés à l'organisme.
Pénétration des particules bêta
En raison du petit nombre de masse, qui est 1836 fois inférieur à celui d'un proton, de sa charge négative et de sa taille, le rayonnement bêta a un faible effet sur la substance à travers laquelle il vole, mais de plus, le vol est plus long. De plus, la trajectoire de la particule n'est pas rectiligne. À cet égard, ils parlent de capacité de pénétration, qui dépend de l'énergie reçue.
Le pouvoir de pénétration des particules bêta produites lors de la désintégration radioactive atteint 2,3 m dans l'air, dans les liquides, il est compté en centimètres et dans les solides - en fractions de centimètre. Les tissus du corps humain transmettent un rayonnement de 1,2 cm de profondeur. Pour se protéger contre le rayonnement bêta, une simple couche d'eau jusqu'à 10 cm peut servir. Le flux de particules avec une énergie de désintégration suffisamment élevée de 10 MeV est presque complètement absorbé par de telles couches: air - 4 m; aluminium - 2,2 cm; fer - 7,55 mm; plomb - 5, 2 mm.
Étant donné leur petite taille, les particules de rayonnement bêta ont une faible capacité ionisante par rapport aux particules alpha. Cependant, lorsqu'ils sont ingérés, ils sont beaucoup plus dangereux que lors d'une exposition externe.
Les neutrons et les gamma ont actuellement les performances de pénétration les plus élevées parmi tous les types de rayonnement. La portée de ces radiations dans l'air atteint parfois des dizaines et des centainesmètres, mais avec des performances ionisantes inférieures.
La plupart des isotopes des rayons gamma ne dépassent pas 1,3 MeV en énergie. Rarement, des valeurs de 6,7 MeV sont atteintes. À cet égard, pour se protéger contre ces rayonnements, des couches d'acier, de béton et de plomb sont utilisées pour le facteur d'atténuation.
Par exemple, pour atténuer le rayonnement gamma du cob alt par dix, il faut un blindage en plomb d'environ 5 cm d'épaisseur, pour une atténuation de 100 fois, il faut 9,5 cm. Le blindage en béton sera de 33 et 55 cm, et l'eau - 70 et 115 cm.
La performance ionisante des neutrons dépend de leur performance énergétique.
Dans toutes les situations, la meilleure façon de se protéger contre les radiations est de rester le plus loin possible de la source et de passer le moins de temps possible dans la zone à forte radiation.
Fission des noyaux atomiques
Sous la fission des noyaux des atomes, on entend spontanée, ou sous l'influence des neutrons, la division du noyau en deux parties, de taille approximativement égale.
Ces deux parties deviennent des isotopes radioactifs d'éléments de la partie principale du tableau des éléments chimiques. Du cuivre aux lanthanides.
Pendant la libération, quelques neutrons supplémentaires s'échappent et il y a un excès d'énergie sous forme de quanta gamma, qui est beaucoup plus important que lors de la désintégration radioactive. Ainsi, dans un acte de désintégration radioactive, un quanta gamma apparaît, et pendant l'acte de fission, 8, 10 quanta gamma apparaissent. De plus, les fragments dispersés ont une grande énergie cinétique, qui se transforme en indicateurs thermiques.
Les neutrons libérés sont capables de provoquer la séparation d'une paire de noyaux similaires s'ils se trouvent à proximité et que les neutrons les frappent.
Cela soulève la possibilité d'une réaction en chaîne de ramification et d'accélération de la division des noyaux atomiques et de la création d'une grande quantité d'énergie.
Lorsqu'une telle réaction en chaîne est sous contrôle, elle peut être utilisée à certaines fins. Par exemple, pour le chauffage ou l'électricité. Ces processus sont effectués dans les centrales nucléaires et les réacteurs.
Si vous perdez le contrôle de la réaction, une explosion atomique se produira. Similaire est utilisé dans les armes nucléaires.
Dans des conditions naturelles, il n'y a qu'un seul élément - l'uranium, qui n'a qu'un seul isotope fissile avec le numéro 235. Il est de qualité militaire.
Dans un réacteur atomique à uranium ordinaire à partir d'uranium-238, sous l'influence des neutrons, ils forment un nouvel isotope au numéro 239, et à partir de celui-ci - le plutonium, qui est artificiel et ne se produit pas naturellement. Dans ce cas, le plutonium-239 résultant est utilisé à des fins militaires. Ce processus de fission des noyaux atomiques est l'essence de toutes les armes et énergies atomiques.
Des phénomènes tels que la désintégration alpha et la désintégration bêta, dont la formule est étudiée à l'école, sont très répandus à notre époque. Grâce à ces réactions, il existe des centrales nucléaires et de nombreuses autres industries basées sur la physique nucléaire. Cependant, n'oubliez pas la radioactivité de plusieurs de ces éléments. Lorsque vous travaillez avec eux, une protection spéciale et le respect de toutes les précautions sont nécessaires. Sinon, cela peut conduire àcatastrophe irréparable.
