4 Альфа-излучения

Альфа-излучения – это поток частиц, являющихся ядрами атома гелия (He) и обладающими двумя единицами заряда. Масса альфа-частицы m_ = 6,6410^-27 кг и заряд q_ = 3,20410^-19 Кл. Радиоактивное превращение атомного ядра, сопровождающееся вылетом из него альфа-частиц, называется альфа-распадом.

Альфа-распад может быть выражен следующим соотношением:

.

Зарядовое число Z распадающегося ядра при альфа-распаде уменьшается на две единицы, массовое число A – на четыре единицы. Примером альфа-распада может служить радиоактивное превращение Pu с испусканием альфа-частиц различных энергий (5,11; 5,14; 5,16 МэВ)и гамма-квантов (0,02; 0,05 МэВ). Гамма-кванты испускаются дочерними ядрами U-235 находящимися в возбужденном состоянии.

.

Основными источниками альфа-излучения являются естественные радиоактивные изотопы, многие из которых испускают при распаде альфа-частицы с энергией в пределах от 2 до 8,8МэВ. При этом все ядра одних радионуклидов испускают альфа-частицы, обладающие одной и той же энергией. Это моноэнергетические излучатели, например U (4,5 МэВ), Po (6,78 МэВ). Ядра других элементов испускают альфа-частицы различных энергий, так, например, при распаде U примерно 10 % альфа-частиц имеют энергию 4,58 МэВ, 86 % – 4,40 МэВ и 4 % – 4,18 МэВ. Энергия гамма-квантов, испускаемых дочерними (возбужденными) ядрами после альфа-распада, обычно не превышает 0,5 МэВ.

Альфа-частицы обладают наиболее высокой ионизирующей способностью и наименьшей проникающей способностью. Их удельная ионизация – линейная плотность ионизации – изменяется от 25 до 60 тыс. пар ионов на 1 см пути в воздухе. На образование одной пары ионов требуется около 34 эВ. Длина пробега этих частиц в воздухе при нормальных условиях – от 2,5 до 8,6 см; в биологических средах – не превышает 70 мкм.

Длина пробега частиц зависит от энергии. Разные группы альфа-частиц, даже испускаемые одним и тем же радиоактивным ядром, могут иметь различные энергии и, следовательно, различные длины пробега. Скорости движения альфа-частиц в воздухе в зависимости от энергии находятся в интервале от 14000 до 22500 км/с.

Длина пробега R_ (см) в воздухе альфа-частиц с энергией от 3 до 8 МэВ может быть вычислена по экспериментальной формуле Гейгера

. (3.1)

Пробег альфа-частиц в веществах, отличающихся от воздуха, находят по формуле Брега

, (3.2)

где E_ – энергия альфа-частиц, МэВ; А_m – массовое число вещества;  – плотность вещества, г/см³.

Взаимодействие альфа-частицы с веществом проявляется во взаимном отталкивании с положительно заряженными ядрами и притяжении с отрицательно заряженными электронами атомов. Взаимодействие с ядрами не играет существенной роли, т.к. ядер в веществе значительно меньше, чем электронов. Кинетическая энергия альфа-частиц при их прохождении через вещество затрачивается главным образом на возбуждение и ионизацию атомов среды и диссоциацию молекул.

Когда альфа-частица окончательно израсходует весь свой запас кинетической энергии, то присоединяет к себе два электрона и превращается в нейтральный атом гелия.

Кожа человека задерживает полностью альфа-частицы. Для исключения ожога кожи, при работе с источниками альфа-излучения используют защитные резиновые перчатки. Альфа-частицы полностью поглощаются одеждой. Однако при попадании альфа-частиц внутрь организма (с воздухом, пищей, водой или через открытую рану ) из-за сильной ионизирующей способности они становятся очень опасными и вызывают в местах контакта необратимые повреждения биологической ткани.

Известно около 300 альфа-активных радионуклидов, из них 40 являются природными. В числе природных, наиболее значимых альфа-излучателей, встречаются изотопы урана , , Ra, Th, Po, Ru, Rb. В результате аварии на ЧАЭС выброшены искусственные альфа-излучатели: изотопы плутония Pu, Pu, Pu, Pu.

2