Główna różnica – cząstki alfa vs beta vs gamma

Radioaktywność to proces rozpadu pierwiastków chemicznych w czasie. Ten rozpad następuje poprzez emisję różnych cząstek. Emisja cząstek nazywana jest również emisją promieniowania. Promieniowanie emitowane jest z jądra atomu, przekształcając protony lub neutrony jądra w różne cząstki. Proces radioaktywności zachodzi w niestabilnych atomach. Te niestabilne atomy ulegają radioaktywności, aby się stabilizować. Istnieją trzy główne typy cząstek, które mogą być emitowane jako promieniowanie. Są to cząstki alfa (α), cząstki beta (β) i cząstki gamma (γ). Główna różnica między cząstkami alfa beta i gamma polega na tym, że Cząstki alfa mają najmniejszą zdolność penetracji, podczas gdy cząstki beta mają umiarkowaną siłę penetracji, a cząstki gamma mają największą siłę penetracji.

Kluczowe obszary objęte

1. Czym są cząstki alfa – Definicja, właściwości, mechanizm emisji, zastosowania 2. Czym są cząstki beta – Definicja, właściwości, mechanizm emisji, zastosowania 3. Czym są cząstki gamma? – Definicja, właściwości, mechanizm emisji, zastosowania 4. Jaka jest różnica między cząstkami alfa beta i gamma? – Porównanie kluczowych różnic

Kluczowe terminy: alfa, beta, gamma, neutrony, protony, rozpad promieniotwórczy, radioaktywność, promieniowanie

Czym są cząstki alfa

Cząstka alfa to rodzaj chemiczny, który jest identyczny z jądrem helu i jest oznaczony symbolem α. Cząstki alfa składają się z dwóch protonów i dwóch neutronów. Te cząstki alfa mogą być uwalniane z jądra radioaktywnego atomu. Cząstki alfa są emitowane w procesie rozpadu alfa.

Emisja cząstek alfa występuje w atomach bogatych w protony. Po emisji jednej cząstki alfa z jądra atomu danego pierwiastka, jądro to ulega zmianie i staje się innym pierwiastkiem chemicznym. Dzieje się tak, ponieważ dwa protony są usuwane z jądra w emisji alfa, co powoduje zmniejszoną liczbę atomową. (Liczba atomowa jest kluczem do identyfikacji pierwiastka chemicznego. Zmiana liczby atomowej wskazuje na konwersję jednego pierwiastka w inny).

Rysunek 1: Rozpad alfa

Ponieważ w cząstce alfa nie ma elektronów, cząstka alfa jest cząstką naładowaną. Dwa protony dają cząsteczce alfa ładunek elektryczny +2. Masa cząstki alfa wynosi około 4 amu. Dlatego cząstki alfa są największymi cząstkami emitowanymi z jądra.

Jednak siła penetracji cząstek alfa jest znacznie słaba. Nawet cienki papier może zatrzymać cząstki alfa lub promieniowanie alfa. Ale siła jonizująca cząstek alfa jest bardzo wysoka. Ponieważ cząstki alfa są naładowane dodatnio, mogą z łatwością pobierać elektrony z innych atomów. To usuwanie elektronów z innych atomów powoduje jonizację tych atomów. Ponieważ te cząstki alfa są cząstkami naładowanymi, są łatwo przyciągane przez pola elektryczne i pola magnetyczne.

Czym są cząstki beta

Cząstka beta to szybki elektron lub pozyton. Symbolem cząstki beta jest β. Te cząstki beta są uwalniane z „bogate w neutrony” niestabilnych atomów. Atomy te uzyskują stabilny stan, usuwając neutrony i przekształcając je w elektrony lub pozytony. Usunięcie cząstki beta zmienia pierwiastek chemiczny. Neutron przekształca się w proton i cząsteczkę beta. Dlatego liczba atomowa wzrasta o 1. Wtedy staje się innym pierwiastkiem chemicznym.

Cząstka beta nie jest elektronem z zewnętrznych powłok elektronowych. Są one generowane w jądrze. Elektron jest naładowany ujemnie, a pozyton jest naładowany dodatnio. Ale pozytony są identyczne z elektronami. Dlatego rozpad beta zachodzi na dwa sposoby jako emisja β+ i emisja β-. Emisja β+ obejmuje emisję pozytonów. Emisja β obejmuje emisję elektronów.

Rysunek 2: β- Emisja

Cząsteczki beta są w stanie przeniknąć powietrze i papier, ale można je zatrzymać za pomocą cienkiej blachy (takiej jak aluminium). Może jonizować materię, którą napotyka. Ponieważ są one ujemnie (lub dodatnio, jeśli jest to pozyton) naładowanymi cząstkami, mogą odpychać elektrony w innych atomach. Powoduje to jonizację materii.

Ponieważ są to cząstki naładowane, cząstki beta są przyciągane przez pola elektryczne i magnetyczne. Prędkość cząstki beta wynosi około 90% prędkości światła. Cząsteczki beta są w stanie wniknąć w ludzką skórę.

Czym są cząstki gamma?

Cząstki gamma to fotony przenoszące energię w postaci fal elektromagnetycznych. Dlatego promieniowanie gamma nie składa się z rzeczywistych cząstek. Fotony to hipotetyczne cząstki. Promieniowanie gamma jest emitowane z niestabilnych atomów. Atomy te są stabilizowane poprzez usunięcie energii w postaci fotonów w celu uzyskania niższego stanu energetycznego.

Promieniowanie gamma to promieniowanie elektromagnetyczne o wysokiej częstotliwości i niskiej długości fali. Fotony lub cząstki gamma nie są naładowane elektrycznie i nie mają na nie wpływu pola magnetyczne ani pola elektryczne. Cząstki gamma nie mają masy. Dlatego masa atomowa atomu promieniotwórczego nie jest zmniejszana ani zwiększana przez emisję cząstek gamma. Dlatego pierwiastek chemiczny nie ulega zmianie.

Siła przenikania cząstek gamma jest bardzo wysoka. Nawet bardzo małe promieniowanie może przenikać przez powietrze, papiery, a nawet cienkie blachy.

Rysunek 3: Zanik gamma

Cząsteczki gamma są usuwane wraz z cząsteczkami alfa lub beta. Rozpad alfa lub beta może zmienić pierwiastek chemiczny, ale nie może zmienić stanu energetycznego pierwiastka. Dlatego też, jeśli pierwiastek jest nadal w wyższym stanie energetycznym, następuje emisja cząstek gamma w celu uzyskania niższego poziomu energii.

Różnica między cząstkami alfa beta i gamma

Definicja

Cząstki alfa: Cząstka alfa to rodzaj chemiczny identyczny z jądrem helu.

Cząstki beta: Cząstka beta to szybki elektron lub pozyton.

Cząstki gamma: Cząstka gamma to foton, który przenosi energię w postaci fal elektromagnetycznych.

Masa

Cząstki alfa: Masa cząstki alfa wynosi około 4 amu.

Cząstki beta: Masa cząstki beta wynosi około 5,49 x 10^-4 amu.

Cząstki gamma: Cząstki gamma nie mają masy.

Ładunek elektryczny

Cząstki alfa: Cząstki alfa to cząstki naładowane dodatnio.

Cząstki beta: Cząstki beta to cząstki naładowane dodatnio lub ujemnie.

Cząstki gamma: Cząstki gamma nie są naładowanymi cząsteczkami.

Wpływ na liczbę atomową

Cząstki alfa: Liczba atomowa pierwiastka zmniejsza się o 2 jednostki, gdy uwalniana jest cząstka alfa.

Cząstki beta: Liczba atomowa pierwiastka zwiększa się o 1 jednostkę, gdy uwalniana jest cząsteczka beta.

Cząstki gamma: Emisja cząstek gamma nie wpływa na liczbę atomową.

Zmiana pierwiastka chemicznego

Cząstki alfa: Emisja cząstek alfa powoduje zmianę pierwiastka chemicznego.

Cząstki beta: Emisja cząstek beta powoduje zmianę pierwiastka chemicznego.

Cząstki gamma: Emisja cząstek gamma nie powoduje zmiany pierwiastka chemicznego.

Moc penetracji

Cząstki alfa: Cząstki alfa mają najmniejszą moc penetracji.

Cząstki beta: Cząsteczki beta mają umiarkowaną siłę penetracji.

Cząstki gamma: Cząstki gamma mają największą siłę penetracji.

Moc jonizująca

Cząstki alfa: Cząstki alfa mogą jonizować wiele innych atomów.

Cząstki beta: Cząstki beta mogą jonizować inne atomy, ale nie są dobre jako cząstki alfa.

Cząstki gamma: Cząstki gamma mają najmniejszą zdolność jonizacji innej materii.

Prędkość

Cząstki alfa: Prędkość cząstek alfa wynosi około jednej dziesiątej prędkości światła.

Cząstki beta: Prędkość cząstki beta wynosi około 90% prędkości światła.

Cząstki gamma: Prędkość cząstek gamma jest równa prędkości światła.

Pola elektryczne i magnetyczne

Cząstki alfa: Cząsteczki alfa są przyciągane przez pola elektryczne i magnetyczne.

Cząstki beta: Cząsteczki beta są przyciągane przez pola elektryczne i magnetyczne.

Cząstki gamma: Cząsteczki gamma nie są przyciągane przez pola elektryczne i magnetyczne.

Wniosek

Cząstki alfa, beta i gamma są emitowane z niestabilnych jąder. Jądro emituje te różne cząstki, aby stać się stabilnym. Chociaż promienie alfa i beta składają się z cząstek, promienie gamma nie składają się z rzeczywistych cząstek. Aby jednak zrozumieć zachowanie promieni gamma i porównać je z cząsteczkami alfa i beta, wprowadzono hipotetyczną cząsteczkę zwaną fotonem. Te fotony to pakiety energii, które przenoszą energię z jednego miejsca do drugiego w postaci promieni gamma. Dlatego nazywa się je cząstkami gamma. Główną różnicą między cząsteczkami alfa beta i gamma jest ich penetracja.

Bibliografia:

1. „GCSE Bitesize: Rodzaje promieniowania”. BBC, dostępne tutaj. Dostęp 4 września 2017 r. 2. „Promieniowanie gamma”. Centrum zasobów NDT, dostępne tutaj. Dostęp 4 września 2017 r. 3. „Rodzaje promieniowania: podstawy promieniowania gamma, alfa, neutronów, beta i promieniowania rentgenowskiego”. Mirion, dostępny tutaj. Dostęp 4 września 2017 r.

Zdjęcie dzięki uprzejmości:

1. „Alpha Decay” Von Inductiveload – Eigenes Werk (Gemeinfrei) przez Commons Wikimedia 2. „Beta-minus Decay” Von Inductiveload – Eigenes Werk (Gemeinfrei) przez Commons Wikimedia 3. „Gamma Decay” według obciążenia indukcyjnego – wykonane samodzielnie (publiczne) Domena) przez Commons Wikimedia