Quali sono i tre tipi di radiazioni nucleari

Radiazione nucleare si riferisce a processi in cui i nuclei instabili diventano più stabili emettendo particelle energetiche. I tre tipi di radiazioni nucleari si riferiscono alle radiazioni alfa, beta e gamma. Per diventare stabile, un nucleo può emettere una particella alfa (un nucleo di elio) o una particella beta (un elettrone o un positrone). Spesso, la perdita di una particella in questo modo lascia il nucleo in una stato eccitato. Quindi, il nucleo rilascia l'energia in eccesso sotto forma di un fotone a raggi gamma.

introduzione

Alla fine, una questione è costituita da atomi. Gli atomi, a loro volta, sono costituiti da protoni, neutroni e elettroni. I protoni sono carichi positivamente e gli elettroni sono caricati negativamente. I neutroni non sono carichi. Protoni e neutroni risiedono all'interno del nucleo dell'atomo, e protoni e neutroni sono chiamati insieme nucleoni. Gli elettroni si trovano in una regione attorno al nucleo, che è molto più grande delle dimensioni del nucleo stesso. Negli atomi neutri, il numero di protoni è uguale al numero di elettroni. Negli atomi neutrali, le cariche positive e negative si annullano a vicenda, fornendo una carica netta zero.

Struttura di un atomo - Nucleoni si trovano nella regione centrale. Nella regione grigia, l'elettrone può essere trovato.

Proprietà di protoni, neutroni ed elettroni

particella	Classificazione delle particelle	Massa	Carica
Protone ()	barione
neutrone ()	barione
elettrone ()	Lepton

Si noti che il neutrone è leggermente più pesante del protone.

• ioni sono atomi o gruppi di atomi che hanno perso o guadagnato elettroni, facendoli avere una carica netta positiva o negativa. Ogni elemento è costituito da una collezione di atomi aventi lo stesso numero di protoni. Il numero di protoni determina il tipo di atomo. Per esempio, gli atomi di elio hanno 2 protoni e gli atomi d'oro hanno 79 protoni.
• isotopi di un elemento si riferiscono ad atomi aventi lo stesso numero di protoni, ma diversi numeri di neutroni. Ad esempio: protium, deuterio e trizio sono tutti isotopi di idrogeno. Hanno tutti un protone ciascuno. Il protio, tuttavia, non ha neutroni. Il deuterio ha un neutrone e il trizio ne ha due.
• Numero atomico (numero protone) (): il numero di protoni nel nucleo di un atomo.
• Numero di neutroni: Il numero di neutroni nel nucleo di un atomo.
• Numero di nucleotidi (): Il numero di nucleoni (protoni + neutroni) nel nucleo di un atomo.

Notazione per rappresentare i nuclei

I nuclei di un isotopo sono spesso rappresentati nella seguente forma:

Ad esempio, protomi di isotopi di idrogeno, deuterio e trizio sono scritti con la seguente notazione:

, , .

A volte, viene anche emesso il numero del protone e vengono scritti solo il simbolo e il numero del nucleone. per esempio.,

, , .

Non c'è alcun problema nel non mostrare esplicitamente il numero del protone, poiché il numero di protoni determina l'elemento (simbolo). A volte, un dato isotopo può essere riferito al nome dell'elemento e al numero del nucleone, ad es. l'uranio-238.

Massa atomica unificata

Massa atomica unificata () è definito come la massa di un atomo di carbonio 12. .

I tre tipi di radiazioni nucleari

Radiazioni alfa beta e gamma

Come accennato in precedenza, i tre tipi di radiazioni nucleari sono radiazioni alfa, beta e gamma. Nel radiazione alfa, un nucleo diventa più stabile emettendo due protoni e due neutroni (un nucleo di elio). Esistono tre tipi di radiazioni beta: beta meno, beta più e cattura degli elettroni. Nel beta meno radiazioni, un neutrone può trasformarsi in un protone, rilasciando un elettrone e un antineutrino elettronico nel processo. Nel beta più radiazioni, un protone può trasformarsi in un neutrone, emettendo un positrone e un antineutrino elettronico. Nel cattura di elettroni, un protone nel nucleo cattura un elettrone dell'atomo, trasformandosi in un neutrone e rilasciando un neutrino di elettroni nel processo. La radiazione gamma si riferisce all'emissione di fotoni di raggi gamma per nuclei in stati eccitati, in modo che possano diseccitarsi.

Cos'è la radiazione alfa

Nel radiazione alfa, un nucleo instabile emette un particella alfa, o a nucleo di elio (cioè 2 protoni e 2 neutroni), per diventare un nucleo più stabile. Una particella alfa può essere indicata come  o .

Per esempio, un nucleo di polonio-212 subisce il decadimento alfa per diventare un nucleo di piombo-208:

Quando i decadimenti nucleari sono scritti in questa forma, il numero totale di nucleoni sul lato sinistro deve essere uguale al numero totale di nucleoni sul lato destro. Anche,  il numero totale di protoni sul lato sinistro deve essere uguale al numero totale di protoni sul lato destro. Nell'equazione di cui sopra, ad esempio, 212 = 208 + 4 e 84 = 82 + 2.

Il nucleo della figlia prodotto da un decadimento alfa, quindi, ha due protoni e quattro nucleoni in meno rispetto al nucleo genitore.

In generale, per il decadimento alfa, possiamo scrivere:

Le particelle alfa emesse durante il decadimento alfa hanno energie specifiche, determinate dalla differenza di massa dei nuclei padre e figlia.

Esempio 1

Scrivi l'equazione per il decadimento alfa di americio-241.

L'americio ha un numero atomico di 95. Durante il decadimento alfa, il nucleo dell'americio emetterebbe una particella alfa. Il nuovo nucleo prodotto ("il nucleo della figlia") avrebbe due protoni in meno e quattro nucleoni in meno. cioè dovrebbe avere un numero atomico 93 e un numero di nucleone 237. Il numero atomico 93 si riferisce ad un atomo di nettunio (Np). Quindi, scriviamo,

 

Che cos'è la radiazione beta

Nella radiazione beta, un nucleo si decompone emettendo un elettrone o un positrone (un positrone è il antiparticella dell'elettrone, avendo la stessa massa ma la carica opposta). Il nucleo non contiene elettroni o positroni; quindi, prima deve trasformare un protone o un neutrone, come vedremo in seguito. Quando viene rilasciato un elettrone o un positrone, al fine di conservare il numero di lepton, viene rilasciato anche un neutrino elettronico o un antineutrino elettronico. L'energia delle particelle beta (che si riferisce a elettroni o positroni) per un dato decadimento potrebbe richiedere un intervallo di valori, a seconda di quanta energia rilasciata durante il processo di decadimento è stata data al neutrino / antineutrino. A seconda del meccanismo coinvolto, ci sono tre tipi di radiazioni beta: beta meno, beta plus e cattura di elettroni.

Che cos'è Beta Minus Radiation

UN beta meno () particella è un elettrone. Nel decadimento beta-negativo, un neutrone decade in un protone, un elettrone e un antineutrino elettronico:

Il protone rimane nel nucleo mentre l'elettrone e l'antineutrino elettronico vengono emessi. Il processo beta meno può essere riassunto come:

Ad esempio, l'oro-202 decade per l'emissione beta meno:

Che cos'è la radiazione Beta Plus

UN beta più () particella è un positrone. In beta più decadimento, un protone viene trasformato in un neutrone, un positrone e un neutrino:

Il neutrone rimane nel nucleo mentre vengono emessi il positrone e il neutrino elettronico. Il processo beta meno può essere riassunto come:

Ad esempio, un nucleo di fosforo-30 può subire il decadimento beta plus:

Cos'è la cattura elettronica

Nella cattura elettronica, un protone nel nucleo "cattura" uno degli elettroni dell'atomo, dando un neutrone e un neutrino di elettroni:

Il neutrino elettronico viene emesso. Il processo di acquisizione degli elettroni può essere riassunto come:

 Ad esempio, il Nickel-59 mostra il decadimento beta più come segue:

Cos'è la radioterapia gamma

Dopo aver subito decadimento alfa o beta, il nucleo è spesso in una stato energetico eccitato. Questi nuclei poi si diseccitano emettendo un fotone gamma e perdendo la loro energia in eccesso. Il numero di protoni e neutroni non cambia durante questo processo. Le radiazioni gamma assumono tipicamente la forma:

dove l'asterisco rappresenta il nucleo in uno stato eccitato.

Ad esempio, cobalto-60 può decadere in nichel-60 tramite decadimento beta. Il nucleo di nichel formato è in uno stato eccitato ed emette un fotone a raggi gamma per diseccitarsi:

Anche i fotoni emessi dai raggi gamma hanno energie specifiche che dipendono dagli specifici stati energetici del nucleo.

Proprietà della radiazione alfa beta e gamma

Comparativamente, le particelle alfa hanno la più alta massa e carica. Si muovono lentamente rispetto alle particelle beta e gamma. Ciò significa che mentre viaggiano attraverso la materia, sono in grado di eliminare gli elettroni dalle particelle di materia che vengono a contatto con molto più facilmente. Di conseguenza, hanno il più alto potere ionizzante.

Tuttavia, poiché causano più facilmente le ionizzazioni, perdono anche la loro energia più velocemente. In genere, le particelle alfa possono viaggiare solo di un paio di centimetri in aria prima che perdano tutta la loro energia dalle particelle d'aria ionizzanti. Le particelle alfa non possono penetrare attraverso la pelle umana, quindi non possono causare alcun danno fintanto che rimangono fuori dal corpo. Se un materiale radioattivo che emette particelle alfa viene ingerito, tuttavia, ciò può causare molti danni a causa della loro forte capacità di provocare la ionizzazione.

Comparativamente, le particelle beta (elettroni / positroni) sono più leggere e possono viaggiare più velocemente. Hanno anche la metà della carica di una particella alfa. Ciò significa che il loro potere ionizzante è inferiore rispetto alle particelle alfa. Infatti, le particelle beta possono essere fermate da pochi millimetri di fogli di alluminio.

I fotoni emessi dalle radiazioni gamma sono scarichi e "senza massa". Mentre attraversano un materiale, possono dare energia agli elettroni che costituiscono il materiale e causare ionizzazioni. Tuttavia, il loro potere ionizzante è molto inferiore rispetto a quello di alfa e beta. D'altra parte, questo significa che la loro capacità di penetrare nei materiali è molto maggiore. Un blocco di piombo di diversi centimetri di spessore potrebbe ridurre l'intensità della radiazione gamma, ma anche questo non è sufficiente a fermare completamente la radiazione.

Il grafico sottostante confronta alcune delle proprietà di radiaton alfa, beta e gamma

Proprietà	Radiazioni alfa	Radiazione beta	Radiazione gamma
Natura della particella	Un nucleo di elio	Un elettrone / positrone	Un fotone
Carica			0
Massa			0
Velocità relativa	Lento	medio	Velocità della luce
Potenza di ionizzazione relativa	alto	medio	Basso
Fermato da	Foglio di carta spessa	Pochi mm di foglio di alluminio	(in una certa misura) Un paio di cm di un blocco di piombo

Riferimenti:

Gruppo di dati particellari. (2013). Costanti fisiche. Estratto il 24 luglio 2015 da Particle Data Group: http://pdg.lbl.gov/2014/reviews/rpp2014-rev-phys-constants.pdf