جسيمات ألفا: الاكتشاف ، الخصائص ، التطبيقات
جسيمات ألفا (أو جسيمات ألفا) هي نوى ذرات الهيليوم المؤينة التي فقدت إلكتروناتها. تتكون نوى الهيليوم من بروتونين ونيوترونين. ثم ، يكون لهذه الجسيمات شحنة كهربائية موجبة تبلغ قيمتها ضعف شحنة الإلكترون ، وكتلتها الذرية هي 4 وحدات من الكتلة الذرية.
تنبعث جسيمات ألفا من تلقاء نفسها من قبل بعض المواد المشعة. في حالة الأرض ، المصدر الرئيسي المعروف الطبيعي لانبعاث أشعة ألفا هو غاز الرادون. الرادون هو غاز مشع موجود في التربة والماء والهواء وفي بعض الصخور.
اكتشاف
مرّ كل من الفيزيائيين إرنست رذرفورد (الذي كان يعمل في جامعة ماكجيل في مونتريال بكندا) وبول فيلارد (الذي كان يعمل في باريس) على مرّ السنين 1899 و 1900 بين ثلاثة أنواع من الإشعاعات ، أطلق عليها رذرفورد نفسه باسم: ألفا ، بيتا وغاما.
تم التمييز على أساس قدرته على اختراق الأشياء وانحرافها بسبب المجال المغناطيسي. بحكم هذه الخصائص ، عرّف راذرفورد أشعة ألفا بأنها تلك التي لديها قدرة اختراق أقل في الأشياء العادية.
وهكذا ، تضمن عمل راذرفورد قياسات نسبة كتلة جسيم ألفا إلى شحنته. قادته هذه القياسات إلى تأسيس فرضية مفادها أن جسيمات ألفا كانت مضاعفة أيونات الهيليوم المشحونة.
أخيرًا ، في عام 1907 ، تمكن إرنست راذرفورد وتوماس رويدز من إثبات أن الفرضية التي وضعها راذرفورد كانت صحيحة ، مما يدل على أن جسيمات ألفا كانت أيونات الهليوم المتأينة ثنائيًا.
ملامح
فيما يلي بعض الخصائص الرئيسية لجزيئات ألفا:
الكتلة الذرية
4 وحدات من الكتلة الذرية ؛ وهذا هو ، 6.68 ∙ 10-27 كجم.
حمل
موجب ، ضعف شحنة الإلكترون ، أو ما هو نفسه: 3.2 ∙ 10-19 C.
سرعة
من بين 1،5 · 107 م / ث و 3 · 107 م / ث.
التأين
لديهم قدرة عالية على تأين الغازات ، وتحويلها إلى غازات موصلة.
الطاقة الحركية
طاقتها الحركية عالية جدا نتيجة لكتلة كبيرة وسرعة.
قدرة الاختراق
لديهم قدرة اختراق منخفضة. في الجو ، يفقدون السرعة عند التفاعل مع جزيئات مختلفة كنتيجة للكتلة الكبيرة والشحنة الكهربائية.
تحلل ألفا
تحلل ألفا أو تحلل ألفا هو نوع من التحلل الإشعاعي الذي يتكون من انبعاث جسيم ألفا.
عندما يحدث هذا ، فإن القلب المشع يرى أن عدد كتلته تقل بمقدار أربع وحدات والرقم الذري بوحدتين.
بشكل عام ، العملية هي كما يلي:
A Z X → A-4 Z-2 Y + 4 2 هو
يحدث تسوس ألفا عادة في نوى أثقل. من الناحية النظرية ، يمكن أن تحدث فقط في النوى أثقل إلى حد ما من النيكل ، حيث لم تعد الطاقة الملزمة العامة لكل نيكلون في حدها الأدنى.
أخف نواة تنبعث منها جزيئات ألفا المعروفة هي نظائر كتلة التيلوريوم السفلى. وبالتالي ، فإن التيلوريوم 106 (106Te) هو أخف نظير يحدث فيه تحلل ألفا في الطبيعة. ومع ذلك ، يمكن تقسيم 8Be بشكل استثنائي إلى جزيئين ألفا.
نظرًا لأن جسيمات ألفا ثقيلة نسبيًا وشحنها إيجابيًا ، يكون متوسط مسارها الحر قصيرًا جدًا ، لذلك تفقد بسرعة طاقتها الحركية على مسافة قصيرة من المصدر.
تحلل ألفا من نواة اليورانيوم
تحدث حالة شائعة جدًا من تسوس ألفا في اليورانيوم. اليورانيوم هو أثقل عنصر كيميائي موجود في الطبيعة.
ويحدث اليورانيوم في شكله الطبيعي في ثلاثة نظائر: اليورانيوم 234 (0.01٪) واليورانيوم 235 (0.71٪) واليورانيوم 238 (99.28٪). عملية تحلل ألفا لنظير اليورانيوم الأكثر وفرة هي كما يلي:
238 92 U → 234 90 Th +4 2 He
الهيليوم
كل الهيليوم الموجود حاليًا على الأرض له أصله في عمليات تحلل ألفا للعناصر المشعة المختلفة.
لهذا السبب ، عادة ما توجد في الرواسب المعدنية الغنية باليورانيوم أو الثوريوم. وبالمثل ، يبدو أيضًا أنه يرتبط بآبار استخراج الغاز الطبيعي.
السمية والمخاطر الصحية لجزيئات ألفا
بشكل عام ، لا يشكل إشعاع ألفا الخارجي خطرًا على الصحة ، حيث إن جسيمات ألفا لا يمكنها السفر إلا بعد بضعة سنتيمترات.
بهذه الطريقة ، تمتص جزيئات ألفا بواسطة الغازات الموجودة في بضعة سنتيمترات فقط من الهواء أو بواسطة الطبقة الخارجية الرقيقة من الجلد الميت للشخص ، وبالتالي تجنب أي خطر على صحة الناس.
ومع ذلك ، جزيئات ألفا تشكل خطرا جدا على الصحة في حالة الابتلاع أو الاستنشاق.
هذا لأنه على الرغم من قلة قدرة اختراقها ، إلا أن تأثيرها كبير للغاية ، حيث إنها أثقل جزيئات ذرية تنبعث من مصدر مشع.
تطبيقات
جزيئات ألفا لها تطبيقات مختلفة. بعض من أهم ما يلي:
- علاج السرطان.
- القضاء على الكهرباء الساكنة في التطبيقات الصناعية.
- استخدم في كاشفات الدخان.
- مصدر الوقود للأقمار الصناعية والمركبات الفضائية.
- مصدر الطاقة لجهاز تنظيم ضربات القلب.
- مصدر الطاقة لمحطات الاستشعار عن بعد.
- مصدر الطاقة للأجهزة الزلزالية والأوقيانوغرافية.
كما يمكن أن يرى ، فإن الاستخدام الشائع لجزيئات ألفا هو مصدر الطاقة لتطبيقات مختلفة.
بالإضافة إلى ذلك ، يوجد حاليًا أحد التطبيقات الرئيسية لجزيئات ألفا كمقذوفات في مجال البحوث النووية.
أولاً ، يتم إنتاج جسيمات ألفا عن طريق التأين (أي فصل الإلكترونات من ذرات الهيليوم). في وقت لاحق ، يتم تسريع هذه الجسيمات ألفا في الطاقات العالية.
