Radiasi alfa dan beta umumnya disebut peluruhan radioaktif. Ini adalah proses yang merupakan emisi partikel subatomik dari nukleus, yang terjadi dengan kecepatan luar biasa. Akibatnya, atom atau isotopnya dapat berubah dari satu unsur kimia ke unsur lainnya. Peluruhan inti alfa dan beta merupakan ciri unsur tidak stabil. Ini termasuk semua atom dengan nomor muatan lebih besar dari 83 dan nomor massa lebih besar dari 209.
Kondisi reaksi
Dekomposisi, seperti transformasi radioaktif lainnya, adalah alami dan buatan. Yang terakhir terjadi karena masuknya beberapa partikel asing ke dalam nukleus. Berapa banyak peluruhan alfa dan beta yang dapat dialami atom hanya bergantung pada seberapa cepat keadaan stabil tercapai.
Dalam keadaan alami, peluruhan alfa dan beta minus terjadi.
Dalam kondisi buatan, terdapat neutron, positron, proton, dan lainnya, jenis peluruhan dan transformasi inti yang lebih jarang.
Nama-nama ini diberikan oleh Ernest Rutherford, yang mempelajari radiasi radioaktif.
Perbedaan antara stabil dan tidak stabilinti
Kemampuan untuk meluruh secara langsung tergantung pada keadaan atom. Apa yang disebut inti "stabil" atau non-radioaktif adalah karakteristik atom yang tidak membusuk. Secara teori, unsur-unsur seperti itu dapat diamati tanpa batas untuk akhirnya diyakinkan akan stabilitasnya. Ini diperlukan untuk memisahkan inti tersebut dari inti yang tidak stabil, yang memiliki waktu paruh yang sangat panjang.
Secara tidak sengaja, atom "lambat" seperti itu dapat disalahartikan sebagai atom yang stabil. Namun, telurium, dan lebih khusus lagi, nomor isotopnya 128, yang memiliki waktu paruh 2,2·1024 tahun, dapat menjadi contoh yang mencolok. Kasus ini tidak terisolasi. Lanthanum-138 memiliki waktu paruh 1011 tahun. Periode ini tiga puluh kali usia alam semesta yang ada.
Inti dari peluruhan radioaktif
Proses ini terjadi secara acak. Setiap radionuklida yang meluruh memperoleh laju yang konstan untuk setiap kasus. Tingkat peluruhan tidak dapat berubah di bawah pengaruh faktor eksternal. Tidak masalah jika suatu reaksi akan terjadi di bawah pengaruh gaya gravitasi yang sangat besar, pada nol mutlak, dalam medan listrik dan magnet, selama reaksi kimia apa pun, dan seterusnya. Prosesnya hanya dapat dipengaruhi oleh dampak langsung pada bagian dalam inti atom, yang secara praktis tidak mungkin. Reaksi berlangsung spontan dan hanya bergantung pada atom tempat berlangsungnya reaksi dan keadaan internalnya.
Jika mengacu pada peluruhan radioaktif, istilah "radionuklida" sering digunakan. Bagi yang tidakakrab dengannya, Anda harus tahu bahwa kata ini menunjukkan sekelompok atom yang memiliki sifat radioaktif, nomor massa, nomor atom, dan status energinya sendiri.
Berbagai radionuklida digunakan dalam bidang teknis, ilmiah, dan kehidupan manusia lainnya. Misalnya, dalam kedokteran, unsur-unsur ini digunakan dalam mendiagnosis penyakit, mengolah obat-obatan, peralatan, dan barang-barang lainnya. Bahkan ada sejumlah obat radio terapi dan prognostik.
Yang tidak kalah pentingnya adalah definisi isotop. Kata ini mengacu pada jenis atom khusus. Mereka memiliki nomor atom yang sama dengan unsur biasa, tetapi nomor massanya berbeda. Perbedaan ini disebabkan oleh jumlah neutron, yang tidak mempengaruhi muatan, seperti proton dan elektron, tetapi mengubah massanya. Misalnya, hidrogen sederhana memiliki sebanyak 3. Ini adalah satu-satunya unsur yang isotopnya telah diberi nama: deuterium, tritium (satu-satunya yang radioaktif) dan protium. Dalam kasus lain, nama diberikan menurut massa atom dan elemen utama.
peluruhan alfa
Ini adalah sejenis reaksi radioaktif. Ini khas untuk unsur-unsur alam dari periode keenam dan ketujuh dari tabel periodik unsur-unsur kimia. Khusus untuk elemen artificial atau transuranium.
Elemen tunduk pada peluruhan alfa
Jumlah logam yang dicirikan oleh peluruhan ini termasuk torium, uranium, dan unsur-unsur lain dari periode keenam dan ketujuh dari tabel periodik unsur-unsur kimia, dihitung dari bismut. Proses ini juga mengalami isotop dari antara yang beratitem.
Apa yang terjadi selama reaksi?
Saat peluruhan alfa dimulai, emisi dari inti partikel yang terdiri dari 2 proton dan sepasang neutron. Partikel yang dipancarkan itu sendiri adalah inti atom helium, dengan massa 4 satuan dan muatan +2.
Akibatnya, elemen baru muncul, yang terletak dua sel di sebelah kiri elemen asli dalam tabel periodik. Susunan ini ditentukan oleh fakta bahwa atom asli telah kehilangan 2 proton dan bersamaan dengan itu - muatan awal. Akibatnya, massa isotop yang dihasilkan berkurang 4 satuan massa dibandingkan keadaan awal.
Contoh
Selama peluruhan ini, thorium terbentuk dari uranium. Dari thorium muncul radium, darinya muncul radon, yang akhirnya menghasilkan polonium, dan akhirnya timbal. Dalam proses ini, isotop unsur-unsur ini terbentuk, dan bukan mereka sendiri. Jadi, ternyata uranium-238, thorium-234, radium-230, radon-236 dan seterusnya, hingga munculnya elemen yang stabil. Rumus untuk reaksi tersebut adalah sebagai berikut:
Th-234 -> Ra-230 -> Rn-226 -> Po-222 -> Pb-218
Kecepatan partikel alfa yang dipilih pada saat emisi adalah dari 12 hingga 20 ribu km/detik. Berada dalam ruang hampa, partikel seperti itu akan mengelilingi dunia dalam 2 detik, bergerak di sepanjang khatulistiwa.
Peluruhan Beta
Perbedaan antara partikel ini dan elektron terletak pada tempat kemunculannya. Peluruhan beta terjadi di inti atom, bukan di kulit elektron yang mengelilinginya. Yang paling umum dari semua transformasi radioaktif yang ada. Itu dapat diamati di hampir semua yang ada saat iniunsur kimia. Dari sini dapat disimpulkan bahwa setiap elemen memiliki setidaknya satu isotop yang mengalami peluruhan. Dalam kebanyakan kasus, peluruhan beta menghasilkan peluruhan beta-minus.
Aliran reaksi
Dalam proses ini, sebuah elektron dikeluarkan dari nukleus, yang muncul karena transformasi spontan neutron menjadi elektron dan proton. Dalam hal ini, karena massa yang lebih besar, proton tetap berada di dalam nukleus, dan elektron, yang disebut partikel beta minus, meninggalkan atom. Dan karena ada lebih banyak proton per unit, inti dari unsur itu sendiri berubah ke atas dan terletak di sebelah kanan aslinya dalam tabel periodik.
Contoh
Peluruhan beta dengan kalium-40 mengubahnya menjadi isotop kalsium, yang terletak di sebelah kanan. Kalsium radioaktif-47 menjadi skandium-47, yang dapat berubah menjadi titanium-47 yang stabil. Seperti apa peluruhan beta ini? Rumus:
Ca-47 -> Sc-47 -> Ti-47
Kecepatan partikel beta adalah 0,9 kali kecepatan cahaya, yaitu 270.000 km/detik.
Tidak terlalu banyak nuklida beta-aktif di alam. Ada sangat sedikit yang signifikan. Contohnya adalah kalium-40, yang hanya 119/10.000 dalam campuran alami. Juga, di antara radionuklida aktif beta-minus alami yang signifikan adalah produk peluruhan alfa dan beta dari uranium dan thorium.
Peluruhan beta memiliki contoh khas: thorium-234, yang dalam peluruhan alfa berubah menjadi protaktinium-234, dan kemudian dengan cara yang sama menjadi uranium, tetapi isotop lainnya bernomor 234. Uranium-234 ini lagi-lagi karena alfa pembusukan menjadithorium, tetapi sudah menjadi variasi yang berbeda. Thorium-230 ini kemudian menjadi radium-226, yang berubah menjadi radon. Dan dalam urutan yang sama, hingga talium, hanya dengan transisi beta yang berbeda kembali. Peluruhan beta radioaktif ini berakhir dengan pembentukan timbal yang stabil-206. Transformasi ini memiliki rumus berikut:
Th-234 -> Pa-234 -> U-234 -> Th-230 -> Ra-226 -> Rn-222 -> At-218 -> Po-214 -> Bi-210 -> Pb-206
Radionuklida aktif beta alami dan signifikan adalah K-40 dan unsur-unsur dari talium hingga uranium.
peluruhan Beta-plus
Ada juga transformasi beta plus. Ini juga disebut peluruhan beta positron. Ini memancarkan partikel yang disebut positron dari nukleus. Hasilnya adalah transformasi elemen asli menjadi elemen di sebelah kiri, yang memiliki angka lebih rendah.
Contoh
Ketika peluruhan beta elektron terjadi, magnesium-23 menjadi isotop stabil natrium. europium-150 radioaktif menjadi samarium-150.
Reaksi peluruhan beta yang dihasilkan dapat menghasilkan emisi beta+ dan beta. Kecepatan lepas partikel dalam kedua kasus adalah 0,9 kali kecepatan cahaya.
Luruhan radioaktif lainnya
Selain reaksi seperti peluruhan alfa dan peluruhan beta, yang rumusnya dikenal luas, ada proses lain yang lebih jarang dan lebih khas dari radionuklida buatan.
Peluruhan neutron. Sebuah partikel netral 1 unit dipancarkanmassa. Selama itu, satu isotop berubah menjadi yang lain dengan nomor massa yang lebih kecil. Contohnya adalah konversi litium-9 menjadi litium-8, helium-5 menjadi helium-4.
Ketika isotop stabil yodium-127 disinari dengan sinar gamma, ia menjadi isotop nomor 126 dan memperoleh radioaktivitas.
Peluruhan proton. Ini sangat langka. Selama itu, proton dipancarkan, memiliki muatan +1 dan 1 satuan massa. Berat atom berkurang satu nilai.
Setiap transformasi radioaktif, khususnya peluruhan radioaktif, disertai dengan pelepasan energi dalam bentuk radiasi gamma. Mereka menyebutnya sinar gamma. Dalam beberapa kasus, sinar-x energi yang lebih rendah diamati.
peluruhan gamma. Ini adalah aliran gamma kuanta. Ini adalah radiasi elektromagnetik, lebih keras daripada sinar-X, yang digunakan dalam pengobatan. Akibatnya, kuanta gamma muncul, atau energi mengalir dari inti atom. Sinar-X juga bersifat elektromagnetik tetapi berasal dari kulit elektron atom.
Partikel alfa berjalan
Partikel alfa dengan massa 4 unit atom dan muatan +2 bergerak dalam garis lurus. Karena itu, kita dapat berbicara tentang jangkauan partikel alfa.
Nilai lari tergantung pada energi awal dan berkisar antara 3 hingga 7 (kadang-kadang 13) cm di udara. Dalam media padat, itu adalah seperseratus milimeter. Radiasi seperti itu tidak dapat menembus lembarankertas dan kulit manusia.
Karena massa dan nomor muatannya sendiri, partikel alfa memiliki kekuatan pengion tertinggi dan menghancurkan segala sesuatu yang dilaluinya. Dalam hal ini, radionuklida alfa paling berbahaya bagi manusia dan hewan jika terpapar ke tubuh.
Penetrasi partikel beta
Karena jumlah massa yang kecil, yaitu 1836 kali lebih kecil dari proton, muatan dan ukuran negatif, radiasi beta memiliki efek yang lemah pada zat yang dilaluinya, tetapi lebih jauh lagi, penerbangannya lebih lama. Juga jalur partikel tidak lurus. Dalam hal ini, mereka berbicara tentang kemampuan penetrasi, yang bergantung pada energi yang diterima.
Daya tembus partikel beta yang dihasilkan selama peluruhan radioaktif mencapai 2,3 m di udara, dalam cairan dihitung dalam sentimeter, dan dalam padatan - dalam pecahan sentimeter. Jaringan tubuh manusia memancarkan radiasi sedalam 1,2 cm. Untuk melindungi dari radiasi beta, lapisan sederhana air hingga 10 cm dapat berfungsi Aliran partikel dengan energi peluruhan yang cukup tinggi 10 MeV hampir sepenuhnya diserap oleh lapisan seperti: udara - 4 m; aluminium - 2,2 cm; besi - 7,55 mm; timah - 5, 2 mm.
Mengingat ukurannya yang kecil, partikel radiasi beta memiliki kapasitas pengion yang rendah dibandingkan dengan partikel alfa. Namun, ketika tertelan, mereka jauh lebih berbahaya daripada selama paparan eksternal.
Neutron dan gamma saat ini memiliki kinerja penetrasi tertinggi di antara semua jenis radiasi. Kisaran radiasi ini di udara terkadang mencapai puluhan dan ratusanmeter, tetapi dengan kinerja pengion yang lebih rendah.
Kebanyakan isotop sinar gamma tidak melebihi energi 1,3 MeV. Jarang, nilai 6,7 MeV tercapai. Dalam hal ini, untuk melindungi terhadap radiasi tersebut, lapisan baja, beton dan timah digunakan untuk faktor redaman.
Misalnya, untuk melemahkan radiasi gamma kob alt sepuluh kali lipat, diperlukan pelindung timah setebal 5 cm, untuk redaman 100 kali lipat diperlukan 9,5 cm. Pelindung beton harus 33 dan 55 cm, dan air - 70 dan 115 cm.
Kinerja ionisasi neutron bergantung pada kinerja energinya.
Dalam situasi apa pun, cara terbaik untuk melindungi diri dari radiasi adalah menjauh sejauh mungkin dari sumbernya dan menghabiskan waktu sesedikit mungkin di area radiasi tinggi.
Pembelahan inti atom
Di bawah pembelahan inti atom berarti spontan, atau di bawah pengaruh neutron, pembelahan inti menjadi dua bagian, kira-kira sama ukurannya.
Kedua bagian ini menjadi isotop radioaktif unsur dari bagian utama tabel unsur kimia. Mulai dari tembaga hingga lantanida.
Selama pelepasan, beberapa neutron ekstra terlepas dan ada kelebihan energi dalam bentuk gamma kuanta, yang jauh lebih besar daripada selama peluruhan radioaktif. Jadi, dalam satu aksi peluruhan radioaktif, satu kuanta gamma muncul, dan selama aksi fisi, 8, 10 kuanta gamma muncul. Juga, fragmen yang tersebar memiliki energi kinetik yang besar, yang berubah menjadi indikator termal.
Netron yang dilepaskan mampu memicu pemisahan pasangan inti yang sama jika mereka berada di dekatnya dan neutron mengenai mereka.
Hal ini meningkatkan kemungkinan percabangan, mempercepat reaksi berantai dari pemecahan inti atom dan menciptakan sejumlah besar energi.
Ketika reaksi berantai tersebut terkendali, reaksi tersebut dapat digunakan untuk tujuan tertentu. Misalnya untuk pemanas atau listrik. Proses tersebut dilakukan di pembangkit listrik tenaga nuklir dan reaktor.
Jika Anda kehilangan kendali atas reaksi, ledakan atom akan terjadi. Serupa digunakan dalam senjata nuklir.
Dalam kondisi alami, hanya ada satu elemen - uranium, yang hanya memiliki satu isotop fisil dengan nomor 235. Ini adalah tingkat senjata.
Dalam reaktor atom uranium biasa dari uranium-238, di bawah pengaruh neutron, mereka membentuk isotop baru di nomor 239, dan darinya - plutonium, yang buatan dan tidak terjadi secara alami. Dalam hal ini, plutonium-239 yang dihasilkan digunakan untuk keperluan senjata. Proses pembelahan inti atom ini adalah inti dari semua senjata dan energi atom.
Fenomena seperti peluruhan alfa dan peluruhan beta, formula yang dipelajari di sekolah, tersebar luas di zaman kita. Berkat reaksi ini, ada pembangkit listrik tenaga nuklir dan banyak industri lain yang didasarkan pada fisika nuklir. Namun, jangan lupakan radioaktivitas dari banyak elemen ini. Saat bekerja dengan mereka, perlindungan khusus dan kepatuhan terhadap semua tindakan pencegahan diperlukan. Jika tidak, ini dapat menyebabkanbencana yang tidak dapat diperbaiki.
