Ионизация вещества альфа-частицей

Излучение

На рис. 1 нестабильное ядро находится в процессе излучения своей избыточной энергии за счет испускания частицы, которая является ядром гелия и состоит из двух протонов и двух нейтронов. Эта частица называется α-частица.

α-частицы – положительно заряженные ядра гелия, обладающие высокой энергией.

Рис. 1. Альфа-излучение

На рис. 2 альфа-частица проходит близко от атома. Когда α-частица проходит в непосредственной близости от электрона, она притягивает его и может вырвать с нормальной орбиты. Атом теряет электрон и таким образом преобразуется в положительно заряженный ион. Так α-частицы обычно ионизируют вещество.

Рис. 2. Ионизация вещества альфа-частицей

 

Ионизация атома требует приблизительно 30–35 эВ (электрон–вольт) энергии. Таким образом, α-частица, обладающая, например, 5 000 000 эВ энергии в начале ее движения, может стать источником создания более чем 100 000 ионов прежде, чем она перейдет в состояние покоя.

Масса α-частиц примерно в 7 000 раз больше массы электрона. Большая масса α-частиц определяет прямолинейность их прохождения через электронные оболочки атомов при ионизации вещества. α-частица теряет маленькую часть своей первоначальной энергии на каждом электроне, который она отрывает из атомов вещества, проходя через него. Кинетическая энергия α-частицы и ее скорость при этом непрерывно уменьшаются. Когда вся кинетическая энергия израсходована, α-частица приходит в состояние покоя. В этот момент она захватит два электрона и, преобразовавшись в атом гелия, теряет свою способность ионизировать материю.

Расстояние, на которое ионизирующее излучение может проникать в вещество, называется его проникающей способностью. Оно зависит от энергии излучения и свойств вещества, через которое излучение проникает.

В воздухе пробег α-частицы равен нескольким сантиметрам. Толстый лист бумаги остановит частицу полностью (рис. 3).

В тканях тела человека пробег частицы – менее 0,7 мм. Альфа-излучение, воздействующее на незащищенную часть тела, не может проникнуть даже через внешний слой клеток кожи и не причиняет вреда организму.

Поэтому альфа-излучение опасно только тогда, когда альфа-частицы попадают внутрь организма (с воздухом, питьевой водой и пищевыми продуктами) и напрямую воздействуют на клетки органов, вызывая их повреждения.

Рис. 3. Проникающая способность альфа-частицы в воздухе - несколько сантиметров