Алфа- и Бета-зраке

Нобелова награда за физику 2022. године

Аутор: проф. др Мирољуб Дугић(Институт за физику, Природно-математички факултет, Универзитет у Крагујевцу)Нобелову награду за физику за 2022. годину поделила су тројица експерименталних физичара за област заснивања квантне механике, Ален Аспе ...

Radioaktivnost

Продорност алфа, бета и гама зрака

Алфа-зраке

За алфа-зраке утврђено је да су слични каналским зрацима, дакле, корпускуларне су природе. Пошто се из позитивно наелектрисаних честица разумљиво је да скрећу у електричном и магнетном пољу по истим законима као и каналски зраци. Ово је Радерфорд закључио на основу тога што је примјеном Томсонове методе могао да одреди њихово специфично наелектрисање $\frac {q_\alpha} {m_\alpha}$ , гдје је $q_\alpha$ наелектрисање $\alpha$ -честице, а $m_\alpha$ маса, и износи $4,822\cdot 10^4 C/g$ , а $m_\alpha = 6,636 \cdot 10^{-34}g$ односно $m_\alpha = 4mH$ .

То су честице које се крећу кроз ваздух брзином 20.000km у секунди, и изазивају снажну јонизацију гаса. У магнетном пољу, алфа честице незнатно скрећу у лијево (као позитивно наелектрисане релативно тешке честице).

Према томе маса $\alpha$ -честице је једнака четворострукој маси атома водоника што одговара маси једног атома хелијума. Идентичност $\alpha$ -честице са хелијумом експериментално су доказали Радерфорд и Ројдс 1909. године. То су честице које се састоје из два протона и два неутрона, што значи да им је наелектрисање +2e, а маса им је четири пута већа од масе протона односно неутрона. Излетањем из супстанције алфа-честице јонизују ваздух и тиме се успоравају. Оне имају релативно малу продорну моћ, па их може зауставити лист хартије или алуминијска фолија дебљине 0,006 mm.

Услијед велике масе и релативно мале брзине алфа-честице на свом путу кроз ваздух образује велики број јонских парова уз утрошак одређене енергије. Пут на коме оне врше јонизацију назива се домет алфа-честица. На крају домета (који износи 3-4 cm) aлфа-честице прелазе у неутралне атоме хелијума. Домет алфа-честица зависи и од врсте радиоактивне супстанције каја их емитује. Ове честице дјелују на фотографску плочу (на којој остављају кратке и широке трагове) и изазивају флуоресценцију на неким супстанцијама.

Бета-зраке

Маса бета-честица једнака је маси електрона. Наелектрисање бета-честица по величини и знаку такође се поклапа са наелектрисањем електрона. Према томе бета-честице нису ништа друго него брзи електрони, које емитује атом радиоактивног елемента.

Брзина бета-честица врло је велика и достиже у неким случајевима 99% брзине свјетлости.

Енергија бета-честица износи до неколико МеV. Све бета-честице које емитује један радиоактивни елеменат немају исту енергију, већ се она креће од нуле до неке мах вриједности. Највећи број ових честица има неку средњу енергију.

Паули (1932) је претпоставио да се приликом бета распада емитује још једна честица, коју је он назвао неутрино. И заиста, показало се да је Паули био у праву, јер је ову честицу експериментално открила (1956) група америчких физичара. Збир енергије неутрина и одговарајуће бета честице једнак је максималној енергији бета честице.

Касније проучавања вјештачке радиоактивности показала су да постоји још једна врста бета честице. Ове честице имају исту масу као електрони, али су позитивно наелектрисане елементарном количином наелектрисања. Ове честице се називају позитрони.

Сва испитивања су показала да се бета-зраци понашају слично катодним зрацима. То је указивало да је и њихова природа иста. Да би доказао сличност између бета и катодних зрака Бекерел је мјерио скретање зрака у електричном и магнетном пољу и на основу тога одредио њихову брзину и наелектрисање.

Бета-зраци могу проћи кроз лист хартије дебљине 1мм док их зауставља алуминијска плочица дебљине 5мм. Домет бета-честице у ваздуху је око 100 пута већи него алфа-честице. Интересантно је да су бета-честице слабији јонизатори гасова.

Њихов траг на фотографској плочи је знатно тањи и дужи да се по томе лако идентификују.

С обзиром на велике брзине којима се крећу, њихова маса је знатно већа него маса електрона у мировању, и израчунава се помоћу Ајнштајнове релације:

$m = \frac {m_0} {\sqrt {1 - \frac {v^2} {c^2}}}$ (1)

где је $m$ – маса бета-честице у кретању, $m_0$ – маса бета-честице у мировању, $v$ – брзина бета-честице и $c$ – брзина свјетлости.

Енергије бета-честица су врло различите и зависе од врсте радиоактивне супстанце која их емитује. Због мање масе, они у електричном и магнетном пољу више скрећу од алфа-честица. Бета-честице скрећу на супротну страну од алфа-честица.

биће настављено…

[wptranslit]

Series NavigationОткриће радиоактивних елеменатаМјерење масе алфа и бета-честица Заштита од радиоактивног зрачења