Ядерное излучение и его различные виды

Явление ядерного излучения было задокументировано в образцах урановой руды в 1896 году Анри Беккерелем. В 20 веке ученые искали количественные способы измерения радиации. Электрический метод измерения радиоактивности позволил обнаружить излучение и определить его энергию. Тип излучения в сочетании с его энергией создает отпечаток пальца для каждого процесса радиоактивного распада.

Торий и теория трансмутации

Представление о том, что излучение на самом деле может быть атомом, теряющим часть себя, было впервые предложено Эрнестом Резерфордом в 1902 году, когда он и Фредерик Содди опубликовали теорию трансмутации, возникшую в результате их экспериментов с элементом тория.

Используя новые электрические методы, Резерфорд заметил, что испускается излучение более чем одной энергии. Более того, его испускало вещество, которое при выделении и тестировании имело совершенно другие химические свойства, чем сам торий. Не зная, что делать с открытием, он назвал недавно открытое испускающее излучение вещество «торий-X».

Возможно, еще более интересно то, что образцы тория и тория-X, казалось, выделяли короткоживущий газ со своими уникальными радиоактивными свойствами. Его называли «торонным» газом, и в течение следующих двух десятилетий именно открытие атомного ядра и составляющих его субатомных частиц наконец показало, что торий-X и торонный газ на самом деле вовсе не торий. !

Имея возможность более точно измерять интенсивность и характер излучения, Резерфорд также определил, что радиоактивность данного образца уменьшается вдвое за фиксированный интервал времени. В 1909 году он ввел понятие периода полураспада. Конечно, казалось, что излучение каким-то образом истощает радиоактивный элемент.

Эта статья взята непосредственно из контента серии видео Понимание периодической таблицы. Смотрите прямо сейчас на Wondrium.

Альфа- и бета-излучения

Существует три различных типа излучений. Два из которых могут превращать одни элементы в другие, а третий часто сопровождает это превращение. Начнем с альфа-ядерного излучения, то есть потери ядра гелия. Рассмотрим элемент торий. Торий не имеет стабильных изотопов. Однако торий-232 — очень распространенный первичный изотоп в нашей среде.

И торий-232 может подвергаться альфа-распаду, при котором его ядро ​​выбрасывает ядро ​​гелия-4, то есть два протона и два нейтрона покидают ядро. Итак, вот наша альфа-частица, а вот оставшийся у нас радий-228, элемент номер 88, образовавшийся в результате этого альфа-распада. Запуская этот альфа-распад, мы заставили наш элемент сделать два шага влево в периодической таблице, трансмутацию.

Вторая форма ядерного излучения, способная трансмутировать элементы, — это бета-излучение. Итак, давайте возьмем этот радий-228 и посмотрим, как он может распасться. Радий-228 может высвобождать электрон из своего ядра и при этом превращать нейтрон в этом ядре в протон. Таким образом, мы получаем выброс бета-частицы с единичным отрицательным зарядом, но практически без массы.

Итак, хотя масса моего изотопа не изменилась, его сущность изменилась. Я сделал один шаг вправо по таблице, чтобы получить актиний-228 посредством бета-распада.

Цепь распада

Теперь мы часто можем связать эти виды процессов распада, чтобы создать то, что мы называем цепочкой распада. Рассмотрим полную цепочку распада тория-232. Он потеряет четыре единицы массы, два протона, чтобы стать радием-228 в результате альфа-распада, который затем подвергается бета-распаду до актиния-228, а затем второму бета-распаду до тория-228.

Затем этот изотоп тория подвергается серии альфа-распадов, в результате чего мы получаем свинец-212, который на самом деле может пойти несколькими путями к конечному стабильному изотопу.Проходя через висмут либо через бета-, затем через альфа-распад, чтобы получить свинец-208, либо через альфа-, а затем через бета-распад, чтобы получить тот же самый стабильный изотоп.

И в этой цепочке распада мы можем видеть те элементы, которые Резерфорд назвал торием и торием-X. Торий-X будет радоном, который образуется во время цепочки распада. И тот газообразный торий, который, как он думал, он произвел, на самом деле был радоном.

Гамма-излучение

Была еще одна форма ядерного излучения, которая часто сопровождает альфа- и бета-излучение, и она называется гамма-излучением. Итак, вернемся к нашему изотопа радия-228. Теперь, когда он подвергается этому бета-распаду, помните, он теряет высокоэнергетические электроны из ядра, которое дает нам наш протон, который трансмутирует элемент.

Но у этого элемента теперь другое количество протонов и нейтронов, которым часто нужно смещаться и перестраиваться, чтобы найти свою наиболее стабильную конфигурацию внутри ядра. И когда они это делают, часто выбрасывается высокоэнергетический фотон света. Этот свет представляет собой фотон без заряда и практически без массы, но он несет очень большое количество энергии.

Использование альфа-, бета- и гамма-излучения

За десятилетия, прошедшие с момента открытия, альфа-, бета- и гамма-излучение нашли множество применений. Альфа-излучение используется во многих детекторах дыма. Бета-частицы имеют ограниченную проникающую способность и могут использоваться для измерения толщины поверхностей в производстве.

Гамма-лучи с их очень высокой энергией также полезны не для превращения ничего не подозревающих ученых в супергероев, а скорее для визуализации глубоких металлических поверхностей для сканирования деформаций и трещин.

И хотя они могут быть опасны для здоровых клеток, альфа-, бета- и гамма-излучение может — при правильной фокусировке или локализации — и каждое из них используется для уничтожения раковых клеток-мишеней в организме человека или для предотвращения роста других тканей, что может привести к другим заболеваниям. проблемы со здоровьем.

Общие вопросы о ядерном излучении и его различных типах

Вопрос: Какие существуют три типа ядерного излучения?

Существует три различных типа ядерного излучения: альфа-излучение, бета-излучение и гамма-излучение.

В: Как был идентифицирован «Торий-X»?

Спустя несколько десятилетий после того, как впервые было обнаружено ядерное излучение, теории, необходимые для идентификации «тория-X» и газа «торон», наконец, стали доступны. Это не были новые и экзотические формы тория. Они были изотопами других элементов — радия и газообразного радона — образовавшихся в результате цепочки распада тория, а затем снова распавшихся на пути к превращению в стабильный элемент свинец-208.

В: Каково использование альфа-, бета- и гамма-излучения?

Ядерное излучение может быть чрезвычайно опасным и разрушительным. Тем не менее, когда он используется, он может иметь много применений. Альфа-излучение можно использовать для обнаружения дыма в детекторах дыма. Бета-излучение удобно для измерения толщины различных поверхностей. А ядерное гамма-излучение используется для визуализации металлических поверхностей. Эти излучения используются и в медицинских технологиях.

Продолжай читать
Открытие и название элементов в химии
Атомы: структура основных единиц материи
Как конференция в Карлсруэ повлияла на современную химию

• Профессор Рон Б. Дэвис мл.

Статьи по Теме

Эволюция периодической таблицы

15 января 2022 г.

Периодическую таблицу элементов впервые разработал Дмитрий Менделеев. С тех пор в таблицу было внесено много изменений, поскольку ученые продолжали узнавать больше об элементах. […]

Открытие и название элементов в химии

15 января 2022 г.

Для согласованности важно, чтобы названия элементов были одинаковыми в разных странах. Чтобы облегчить это, в 1919 году был создан ИЮПАК. С тех пор он установил правила именования элементов. […]

Атомы: структура основных единиц материи

15 января 2022 г.

Джон Дальтон предоставил убедительные доказательства существования атомов. Однако атомы не были неделимыми, как предполагалось.Они имеют сложную структуру, структуру, построенную из частиц, даже меньших, чем атомы. […]