جسيمات ألفا: الاكتشاف ، الخصائص ، التطبيقات - جسدي - بدني - 2025

ل جسيمات ألفا (أو جسيمات ألفا) هي نوى ذرات الهيليوم المتأين الإلكترونات وبالتالي فقدوا. تتكون نوى الهيليوم من بروتونين ونيوترونين. إذن فهذه الجسيمات لها شحنة كهربائية موجبة قيمتها ضعف شحنة الإلكترون ، وكتلتها الذرية 4 وحدات كتلة ذرية.

تنبعث جسيمات ألفا تلقائيًا بواسطة مواد مشعة معينة. في حالة الأرض ، المصدر الطبيعي الرئيسي المعروف لانبعاث إشعاع ألفا هو غاز الرادون. الرادون هو غاز مشع موجود في التربة والماء والهواء وبعض الصخور.

اكتشاف

كان ذلك خلال عامي 1899 و 1900 عندما ميز الفيزيائيان إرنست رذرفورد (الذي عمل في جامعة ماكجيل في مونتريال ، كندا) وبول فيلارد (الذي عمل في باريس) بين ثلاثة أنواع من الإيداعات ، أطلق عليها رذرفورد نفسه على النحو التالي: ألفا وبيتا وجاما.

تم التمييز بناءً على قدرتها على اختراق الأجسام وانحرافها عن طريق تأثير المجال المغناطيسي. بفضل هذه الخصائص ، حدد رذرفورد أشعة ألفا على أنها أقل قدرة اختراق في الأجسام العادية.

وهكذا ، تضمن عمل رذرفورد قياسات نسبة كتلة جسيم ألفا بالنسبة لشحنتها. قادته هذه القياسات إلى افتراض أن جسيمات ألفا عبارة عن أيونات هيليوم مشحونة بشكل مضاعف.

أخيرًا ، في عام 1907 ، نجح إرنست رذرفورد وتوماس رويدز في إظهار أن الفرضية التي وضعها رذرفورد كانت صحيحة ، مما أظهر أن جسيمات ألفا هي أيونات هيليوم مؤينة مضاعفة.

مميزات

فيما يلي بعض الخصائص الرئيسية لجزيئات ألفا:

الكتلة الذرية

4 وحدات كتلة ذرية ؛ أي 6.68 × ^10-27 كجم.

حمل

موجب ، ضعف شحنة الإلكترون ، أو ما هو نفسه: 3.2 10 ^{-19 درجة} مئوية.

سرعة

بترتيب بين 1.5 · 10 ⁷ م / ث و 3 · 10 ⁷ م / ث.

التأين

لديهم قدرة عالية على تأين الغازات ، وتحويلها إلى غازات موصلة.

الطاقة الحركية

طاقته الحركية عالية جدًا نتيجة لكتلته وسرعته الهائلة.

قدرة الاختراق

لديهم قدرة اختراق منخفضة. يفقدون السرعة في الغلاف الجوي بسرعة عند التفاعل مع جزيئات مختلفة نتيجة لكتلتهم الكبيرة وشحنتهم الكهربائية.

تسوس ألفا

تسوس ألفا أو تسوس ألفا هو نوع من الاضمحلال الإشعاعي يتكون من انبعاث جسيم ألفا.

عندما يحدث هذا ، ترى النواة المشعة أن عدد كتلتها يتناقص بمقدار أربع وحدات وعددها الذري بوحدتين.

بشكل عام ، تكون العملية على النحو التالي:

^A _Z X → ^A-4 _Z-2 Y + ⁴ ₂ He

يحدث تسوس ألفا عادة في النويدات الثقيلة. من الناحية النظرية ، يمكن أن يحدث ذلك فقط في النوى الأثقل إلى حد ما من النيكل ، حيث لم تعد طاقة الربط الكلية لكل نيكلون ضئيلة.

أخف نوى معروفة بانبعاث ألفا هي أقل نظائر كتلة من التيلوريوم. وبالتالي ، فإن التيلوريوم 106 (¹⁰⁶ تي) هو أخف نظير يحدث فيه تسوس ألفا في الطبيعة. ومع ذلك ، يمكن تقسيم ⁸ Be بشكل استثنائي إلى جسيمين ألفا.

نظرًا لأن جسيمات ألفا ثقيلة نسبيًا وشحنة موجبة ، فإن متوسط ​​مسارها الحر قصير جدًا ، لذا فإنها تفقد طاقتها الحركية بسرعة على مسافة قصيرة من مصدر الانبعاث.

اضمحلال ألفا من نوى اليورانيوم

تحدث حالة شائعة جدًا من حالات تسوس ألفا في اليورانيوم. اليورانيوم هو أثقل عنصر كيميائي موجود في الطبيعة.

يوجد اليورانيوم في شكله الطبيعي في ثلاثة نظائر: اليورانيوم -234 (0.01٪) واليورانيوم -235 (0.71٪) واليورانيوم -238 (99.28٪). تكون عملية اضمحلال ألفا بالنسبة لأكثر نظائر اليورانيوم وفرة كما يلي:

²³⁸ ₉₂ U → ²³⁴ ₉₀ ث + ⁴ ₂ و

الهيليوم

يعود أصل كل الهيليوم الموجود حاليًا على الأرض إلى عمليات تحلل ألفا لعناصر مشعة مختلفة.

لهذا السبب ، توجد عادة في الرواسب المعدنية الغنية باليورانيوم أو الثوريوم. وبالمثل ، يرتبط أيضًا بآبار استخراج الغاز الطبيعي.

السمية والمخاطر الصحية لجزيئات ألفا

بشكل عام ، لا يشكل إشعاع ألفا الخارجي خطرًا على الصحة ، حيث لا يمكن لجزيئات ألفا إلا أن تسافر لمسافات لا تتجاوز بضعة سنتيمترات.

وبهذه الطريقة ، يتم امتصاص جزيئات ألفا بواسطة الغازات الموجودة في بضعة سنتيمترات فقط من الهواء أو عن طريق الطبقة الخارجية الرقيقة من الجلد الميت للشخص ، مما يمنعها من تشكيل أي خطر على صحة الإنسان.

ومع ذلك ، فإن جسيمات ألفا تشكل خطورة كبيرة على الصحة إذا تم تناولها أو استنشاقها.

هذا لأنه على الرغم من قلة قدرتها على الاختراق ، إلا أن تأثيرها كبير جدًا ، لأنها أثقل الجسيمات الذرية المنبعثة من مصدر مشع.

التطبيقات

جسيمات ألفا لها تطبيقات مختلفة. بعض من أهمها ما يلي:

- معالجة السرطان.

- القضاء على الكهرباء الساكنة في التطبيقات الصناعية.

- استخدم في أجهزة كشف الدخان.

- مصدر وقود الأقمار الصناعية والمركبات الفضائية.

- مصدر طاقة لأجهزة تنظيم ضربات القلب.

- مصدر الطاقة لمحطات الاستشعار عن بعد.

- مصدر الطاقة للأجهزة الزلزالية وعلوم المحيطات.

كما يمكن أن نرى ، فإن الاستخدام الشائع جدًا لجزيئات ألفا هو مصدر للطاقة لتطبيقات مختلفة.

علاوة على ذلك ، فإن أحد التطبيقات الرئيسية لجسيمات ألفا اليوم هو المقذوفات في الأبحاث النووية.

أولاً ، يتم إنتاج جسيمات ألفا عن طريق التأين (أي فصل الإلكترونات عن ذرات الهيليوم). في وقت لاحق يتم تسريع جسيمات ألفا هذه إلى طاقات عالية.

المراجع

1. جسيم ألفا (بدون تاريخ). في ويكيبيديا. تم الاسترجاع في 17 أبريل 2018 ، من en.wikipedia.org.
2. تسوس ألفا (بدون تاريخ). في ويكيبيديا. تم الاسترجاع في 17 أبريل 2018 ، من en.wikipedia.org.
3. ايسبرج ، روبرت ريسنيك ، روبرت (1994). فيزياء الكم: الذرات والجزيئات والمواد الصلبة والنوى والجسيمات. دفاع المكسيك: ليموزا.
4. تيبلر ، بول ؛ لويلين ، رالف (2002). الفيزياء الحديثة (الطبعة الرابعة). WH فريمان.
5. كرين ، كينيث س. (1988). مقدمة في الفيزياء النووية. جون وايلي وأولاده.
6. ايسبرج ، روبرت ريسنيك ، روبرت (1994). فيزياء الكم: الذرات والجزيئات والمواد الصلبة والنوى والجسيمات. دفاع المكسيك: ليموزا.