Σωματίδιο Άλφα – Ορισμός, σύμβολο και φορτίο
Ένα σωματίδιο άλφα είναι ένα σωματίδιο που αποτελείται από δύο πρωτόνια, δύο νετρόνια και κανένα ηλεκτρόνιο. Ουσιαστικά, είναι ένας πυρήνας ηλίου-4. Άλλα ονόματα για τα σωματίδια άλφα είναι ακτίνες άλφα ή ακτινοβολία άλφα. Το σύμβολο για ένα σωματίδιο άλφα είναι α, α, He ή 2 Αυτός. Συνήθως, τα σωματίδια άλφα προέρχονται από ραδιενεργό διάσπαση άλφα, αλλά σχηματίζονται και μέσω άλλων διεργασιών.
Ιδιότητες σωματιδίων άλφα
Τα σωματίδια άλφα έχουν καθαρό σπιν μηδέν. Η κινητική τους ενέργεια ποικίλλει, με υψηλότερη ενέργεια από μεγαλύτερους πυρήνες (~7 MeV) και χαμηλότερη ενέργεια από μικρότερους πυρήνες (~3 MeV). Η μέση κινητική ενέργεια είναι περίπου 5 MeV, με ταχύτητα περίπου 4% της ταχύτητας του φωτός. Επειδή του λείπουν ηλεκτρόνια, ένα σωματίδιο άλφα έχει καθαρό ηλεκτρικό φορτίο 2+. Ωστόσο, τα σωματίδια δέχονται εύκολα ηλεκτρόνια από άλλη ύλη και γρήγορα γίνονται κανονικά ηλεκτρικά ουδέτερα άτομα ηλίου (2 Αυτός).
Τα σωματίδια άλφα είναι μια μορφή ιονίζουσας ακτινοβολίας και μπορούν να προκαλέσουν σημαντική βλάβη στον ζωντανό ιστό. Ωστόσο, τα σωματίδια άλφα που παράγονται από τη ραδιενεργή διάσπαση έχουν μικρότερο βάθος διείσδυσης από, για παράδειγμα, την ακτινοβολία βήτα ή γάμμα. Συνήθως, το μόνο που χρειάζονται είναι μερικά εκατοστά αέρα, ένα φύλλο χαρτιού ή μερικά στρώματα δέρματος για να σταματήσει ένα σωματίδιο άλφα.
Ωστόσο, τα σωματίδια άλφα που σχηματίζονται από την τριμερή σχάση (σε αντίθεση με τη ραδιενεργή διάσπαση) είναι πολύ πιο ενεργητικά και διεισδύουν περίπου τρεις φορές πιο μακριά. Τα σωματίδια άλφα που είναι κοσμικές ακτίνες είναι τόσο ενεργητικά που μπορούν να περάσουν από το ανθρώπινο σώμα ή πολλά μέτρα θωράκισης ακτινοβολίας. Ομοίως, τα σωματίδια άλφα που παράγονται σε επιταχυντές σωματιδίων είναι πολύ ενεργητικά και έχουν υψηλή διείσδυση.
Πηγές σωματιδίων Άλφα
Τις περισσότερες φορές, τα σωματίδια άλφα προέρχονται από ραδιενεργό διάσπαση βαρέων ατόμων, όπως το ουράνιο, το θόριο, το ακτίνιο, το ράδιο και τα υπερουρανικά στοιχεία. Ο μικρότερος πυρήνας που μπορεί να διασπαστεί άλφα είναι το βηρύλλιο-8. Η διάσπαση άλφα μειώνει τον αριθμό μάζας του μητρικού πυρήνα κατά τέσσερα νουκλεόνια (δύο πρωτόνια και δύο νετρόνια). Δεδομένου ότι ο ατομικός αριθμός μειώνεται κατά δύο, η διάσπαση άλφα είναι μια μορφή μεταστοιχείωσης που οδηγεί στο σχηματισμό ενός νέου στοιχείου.
Z X → Z-2 Y + 2 Αυτός
Σημειώστε ότι παρόλο που προκύπτει ένας ιονιζόμενος πυρήνας ηλίου (2 Αυτός), το «2+» συνήθως παραλείπεται στη γραπτή αντίδραση. Αυτό συμβαίνει επειδή οι πυρηνικές αντιδράσεις δείχνουν μόνο τι συμβαίνει με τον ατομικό πυρήνα.
Άλλες πηγές σωματιδίων άλφα είναι η τριμερής σχάση (όταν προκύπτουν τρία φορτισμένα σωματίδια από τη σχάση αντί για δύο) επιταχυντές σωματιδίων, κοσμικές ακτίνες και πυρηνικές αντιδράσεις στους πυρήνες των άστρων. Στην καθημερινή ζωή, τα προϊόντα που περιέχουν εκπομπές άλφα περιλαμβάνουν τον καπνό του τσιγάρου (πολώνιο), ορισμένους ανιχνευτές καπνού (americium), καρδιακούς βηματοδότες (πλουτώνιο) και στατικούς εξολοθρευτές (πολώνιο). Οι βράχοι, τα εδάφη και το νερό περιέχουν ποικίλες ποσότητες ουρανίου, θορίου και ακτινίου και τα προϊόντα αποσύνθεσής τους.
Βιολογικές επιδράσεις των σωματιδίων άλφα
Τα σωματίδια άλφα που προκύπτουν από την αποσύνθεση άλφα αποτελούν κυρίως κίνδυνο όταν εισπνέονται, καταπίνονται ή εγχέονται. Αυτό συμβαίνει επειδή διεισδύουν μόνο στις εξωτερικές στοιβάδες του δέρματος ή στον κερατοειδή χιτώνα του ματιού. Μπορούν επίσης να εισέλθουν από μια ανοιχτή πληγή.
Εάν τα σωματίδια άλφα εισέλθουν στο σώμα, είναι τόσο ογκώδη και αντιδραστικά που αποτελούν την πιο καταστροφική μορφή ακτινοβολίας. Σημαντικές δόσεις ακτινοβολίας άλφα προκαλούν χρωμοσωμική βλάβη και δηλητηρίαση από ακτινοβολία που μπορεί να προκαλέσει καρκίνο ή θάνατο. Κατά μέσο όρο, τα σωματίδια άλφα είναι μεταξύ 20 φορές (καταποθεί) έως 1000 φορές (εισπνοή) πιο επικίνδυνα από τα σωματίδια βήτα ή την ακτινοβολία γάμμα.
Οι εκπομποί άλφα βρίσκουν επίσης χρήση στη θεραπεία όγκων. Για παράδειγμα, το ράδιο-223 βρίσκει χρήση στη θεραπεία του καρκίνου των οστών και το ακτίνιο-225 χρησιμοποιείται στη θεραπεία του καρκίνου του προστάτη. Οι εκπομποί άλφα που χρησιμοποιούνται στη θεραπεία του καρκίνου τείνουν να είναι ραδιοϊσότοπα με σύντομο χρόνο ημιζωής. Είτε βασίζονται στο σύντομο αποτελεσματικό εύρος τους είτε μεταναστεύουν σε συγκεκριμένους ιστούς του σώματος.
Σωματίδιο αντι-άλφα
Όπως και με άλλα σωματίδια, υπάρχει μια έκδοση αντιύλης ενός σωματιδίου άλφα, που είναι το αντι-άλφα. Μια διεθνής ομάδα ερευνητών ανίχνευσε το αντι-άλφα χρησιμοποιώντας τον ανιχνευτή STAR στο Εθνικό Εργαστήριο Brookhaven το 2011. Το πείραμα περιελάμβανε σύγκρουση ιόντων χρυσού που κινούνταν σχεδόν με την ταχύτητα του φωτός. Εκείνη την εποχή, ο αντι-άλφα ή αντιύλης πυρήνας ηλίου-4 ήταν το βαρύτερο σωματίδιο αντιύλης.
Αναφορές
- Agakishiev, H.; et al. (Συνεργασία STAR) (2011). «Παρατήρηση του πυρήνα της αντιύλης ηλίου-4». Φύση . 473 (7347):353–6. doi:10.1038/nature10079
- Christensen, D. M.; Iddins, C. J.; Sugarman, S. L. (2014). «Τραυματισμοί και ασθένειες από ιοντίζουσα ακτινοβολία». Κλινικές Επείγουσας Ιατρικής της Βόρειας Αμερικής . 32 (1):245–65. doi:10.1016/j.emc.2013.10.002
- Firestone, Richard B. (1999). Πίνακας ισοτόπων . Coral M. Baglin (8η έκδ.). Νέα Υόρκη:Wiley. ISBN 0-471-35633-6.
- Krane, Kenneth S. (1988). Εισαγωγική Πυρηνική Η φυσικη. John Wiley &Sons. ISBN 978-0-471-80553-3.
- Little, John B.; Kennedy, Ann R.; McGandy, Robert B. (1985). «Επίδραση του ρυθμού δόσης στην πρόκληση πειραματικού καρκίνου του πνεύμονα σε χάμστερ με ακτινοβολία α». Ακτινοβολία Ερευνα. 103 (2):293–9. doi:10.2307/3576584
