Particelle alfa: scoperta, caratteristiche, applicazioni
Le particelle alfa (o particelle α) sono nuclei di atomi di elio ionizzato che, quindi, hanno perso i loro elettroni. I nuclei di elio sono composti da due protoni e due neutroni. Quindi, queste particelle hanno una carica elettrica positiva il cui valore è il doppio della carica dell'elettrone, e la sua massa atomica è di 4 unità di massa atomica.
Le particelle alfa vengono emesse spontaneamente da certe sostanze radioattive. Nel caso della Terra, la principale fonte naturale di emissione di radiazioni alfa è il gas radon. Il radon è un gas radioattivo presente nel suolo, nell'acqua, nell'aria e in alcune rocce.
scoperta
Fu negli anni 1899 e 1900 quando i fisici Ernest Rutherford (che lavorò alla McGill University di Montreal, in Canada) e Paul Villard (che lavorò a Parigi) differenziarono tre tipi di radicazione, nominati dallo stesso Rutherford come: alfa, beta e gamma.
La distinzione è stata fatta in base alla sua capacità di penetrare gli oggetti e la loro deviazione a causa di un campo magnetico. In virtù di queste proprietà, Rutherford definì i raggi alfa come quelli che avevano una capacità di penetrazione inferiore negli oggetti ordinari.
Pertanto, il lavoro di Rutherford includeva le misurazioni del rapporto tra la massa di una particella alfa e la sua carica. Queste misurazioni lo portarono a stabilire l'ipotesi che le particelle alfa fossero ioni di elio doppiamente caricati.
Infine, nel 1907 Ernest Rutherford e Thomas Royds furono in grado di dimostrare che l'ipotesi stabilita da Rutherford era vera, dimostrando così che le particelle alfa erano ioni ionici a doppia ionizzazione.
lineamenti
Alcune delle principali caratteristiche delle particelle alfa sono le seguenti:
Massa atomica
4 unità di massa atomica; cioè 6, 68 ∙ 10-27 kg.
carico
Positivo, due volte la carica dell'elettrone o la stessa cosa: 3.2 ∙ 10-19 C.
velocità
Nell'ordine tra 1, 5 · 107 m / se 3 · 107 m / s.
ionizzazione
Hanno un'alta capacità di ionizzare i gas, trasformandoli in gas conduttivi.
Energia cinetica
La sua energia cinetica è molto alta a causa della sua grande massa e velocità.
Capacità di penetrazione
Hanno una bassa capacità di penetrazione. Nell'atmosfera perdono rapidamente velocità quando interagiscono con diverse molecole come conseguenza della loro grande massa e carica elettrica.
Decadimento alfa
Il decadimento alfa o decadimento alfa è un tipo di decadimento radioattivo che consiste nell'emissione di una particella alfa.
Quando ciò accade, il nucleo radioattivo vede il suo numero di massa ridotto di quattro unità e il suo numero atomico di due unità.
In generale, il processo è il seguente:
A Z X → A-4 Z-2 Y + 4 2 He
Il decadimento alfa si verifica normalmente nei nuclei più pesanti. Teoricamente, può verificarsi solo in nuclei un po 'più pesanti del nichel, in cui l'energia di legame generale per nucleone non è più minima.
I nuclei più leggeri che emettono particelle alfa conosciute sono gli isotopi della massa inferiore di tellurio. Pertanto, il tellurio 106 (106Te) è l'isotopo più leggero in cui il decadimento alfa si verifica in natura. Tuttavia, eccezionalmente 8Be può essere scomposto in due particelle alfa.
Poiché le particelle alfa sono relativamente pesanti e caricate positivamente, il loro percorso libero medio è molto breve, quindi perdono rapidamente la loro energia cinetica a breve distanza dalla sorgente.
Decadimento alfa da nuclei di uranio
Un caso molto comune di decadimento alfa ha luogo nell'uranio. L'uranio è l'elemento chimico più pesante presente in natura.
Nella sua forma naturale, l'uranio si presenta in tre isotopi: uranio-234 (0, 01%), uranio-235 (0, 71%) e uranio-238 (99, 28%). Il processo di decadimento alfa per l'isotopo di uranio più abbondante è il seguente:
238 92 U → 234 90 Th +4 2 He
elio
Tutto l'elio che attualmente esiste sulla Terra ha la sua origine nei processi di decadimento alfa di diversi elementi radioattivi.
Per questo motivo, si trova di solito in depositi minerali ricchi di uranio o torio. Allo stesso modo, sembra anche associato ai pozzi di estrazione del gas naturale.
Tossicità e rischi per la salute delle particelle alfa
In generale, le radiazioni alfa esterne non rappresentano un rischio per la salute, poiché le particelle alfa possono viaggiare solo per distanze di pochi centimetri.
In questo modo, le particelle alfa vengono assorbite dai gas presenti in pochi centimetri di aria o dal sottile strato esterno di pelle morta di una persona, evitando così qualsiasi rischio per la salute delle persone.
Tuttavia, le particelle alfa sono molto pericolose per la salute in caso di ingestione o inalazione.
Questo perché, sebbene abbiano poco potere di penetrazione, il loro impatto è molto grande, poiché sono le particelle atomiche più pesanti emesse da una fonte radioattiva.
applicazioni
Le particelle alfa hanno diverse applicazioni. Alcuni dei più importanti sono i seguenti:
- Trattamento del cancro.
- Eliminazione dell'elettricità statica nelle applicazioni industriali.
- Utilizzare in rilevatori di fumo.
- Fonte di carburante per satelliti e veicoli spaziali.
- Fonte di alimentazione per pacemaker.
- Fonte di alimentazione per stazioni di sensori remote.
- Fonte di energia per dispositivi sismici e oceanografici.
Come si può vedere, un uso molto comune delle particelle alfa è una fonte di energia per diverse applicazioni.
Inoltre, attualmente una delle principali applicazioni delle particelle alfa è quella dei proiettili nella ricerca nucleare.
Innanzitutto, le particelle alfa sono prodotte dalla ionizzazione (cioè, separando gli elettroni dagli atomi di elio). Successivamente, queste particelle alfa vengono accelerate ad alte energie.
