Wat zijn de drie soorten nucleaire straling

Radioactieve straling verwijst naar processen waarbij onstabiele kernen stabieler worden door het uitzenden van energetische deeltjes. De drie typen nucleaire straling hebben betrekking op alfa-, bèta- en gammastraling. Om stabiel te worden, kan een kern een alfadeeltje (een heliumkern) of een betadeeltje (een elektron of een positron) uitstoten. Vaak verdwijnt een deeltje op deze manier uit de kern in een opgewonden staat. Vervolgens geeft de kern de overtollige energie af in de vorm van een gamma-foton.

Invoering

Een kwestie bestaat uiteindelijk uit atomen. Atomen zijn op hun beurt weer opgebouwd protonen, neutronen en elektronen. Protonen zijn positief geladen en elektronen zijn negatief geladen. Neutronen zijn niet opgeladen. Protonen en neutronen bevinden zich in de kern van het atoom, en protonen en neutronen worden samen genoemd kerndeeltjes. Elektronen worden gevonden in een regio rond de kern, die veel groter is dan de grootte van de kern zelf. In neutrale atomen is het aantal protonen gelijk aan het aantal elektronen. In neutrale atomen heffen de positieve en negatieve ladingen elkaar op, wat een netto lading van nul oplevert.

Structuur van een Atom - Nucleonen zijn te vinden in de centrale regio. In het grijze gebied kan het elektron worden gevonden.

Eigenschappen van protonen, neutronen en elektronen

Deeltje	Deeltjesclassificatie	Massa	In rekening brengen
Proton ()	baryon
Neutron ()	baryon
elektron ()	lepton

Merk op dat het neutron iets zwaarder is dan het proton.

• ionen zijn atomen of groepen van atomen die elektronen hebben verloren of verkregen, waardoor ze een netto positieve of negatieve lading hebben. Elk element bestaat uit een verzameling atomen met hetzelfde aantal protonen. Het aantal protonen bepaalt het type van het atoom. Heliumatomen hebben bijvoorbeeld 2 protonen en goudatomen hebben 79 protonen.
• Isotopes van een element verwijzen naar atomen met hetzelfde aantal protonen, maar verschillende aantallen neutronen. Bijvoorbeeld: protium, deuterium en tritium zijn alle isotopen van waterstof. Ze hebben allemaal elk een proton. Protium heeft echter geen neutronen. Deuterium heeft één neutron en tritium heeft er twee.
• Atoomnummer (protonnummer) (): het aantal protonen in de kern van een atoom.
• Neutron nummer: Het aantal neutronen in de kern van een atoom.
• Nucleon-nummer (): Het aantal nucleonen (protonen + neutronen) in de kern van een atoom.

Notatie voor het weergeven van kernen

Kernen van een isotoop worden vaak weergegeven in de volgende vorm:

Waterstof isotopen, protium, deuterium en tritium zijn bijvoorbeeld geschreven met de volgende notatie:

, , .

Soms wordt ook het protonnummer geëmitteerd en worden alleen het symbool en het nucleonnummer geschreven. bv.,

, , .

Er is geen probleem met het expliciet weergeven van het protonnummer, omdat het aantal protonen het element (symbool) bepaalt. Soms kan naar een gegeven isotoop worden verwezen met de elementnaam en het nucleonnummer, b.v. uranium-238.

Verenigde Atoom Massa

Uniforme atomaire massa () is gedefinieerd als de massa van een koolstof-12-atoom. .

De drie soorten nucleaire straling

Alpha Beta en Gamma-straling

Zoals we eerder vermeldden, zijn de drie soorten nucleaire straling alfa-, bèta- en gammastraling. In alfa-straling, een kern wordt stabieler door twee protonen en twee neutronen (een heliumkern) uit te zenden. Er zijn drie soorten bètastraling: beta-minus, bètagracht en elektronenvangst. In beta-minusstraling, een neutron kan zichzelf transformeren in een proton, waarbij een elektron en een elektron antineutrino in het proces worden vrijgemaakt. In bèta plus straling, een proton kan zichzelf transformeren in een neutron, een positron afgeven en een elektron antineutrino. In elektronenvangst, een proton in de kern vangt een elektron van het atoom op, transformeert zichzelf in een neutron en maakt tijdens het proces een elektronenneutrino vrij. Gammastraling verwijst naar de emissie van gammaflitorfotonen door kernen in geëxciteerde toestanden, zodat ze worden gedeactiveerd.

Wat is Alpha-straling

In alfa-straling, een onstabiele kern geeft een alfadeeltje, of a heliumkern (dat wil zeggen, 2 protonen en 2 neutronen), om een ​​stabielere kern te worden. Een alfadeeltje kan worden aangegeven als  of .

Een polonium-212-kern ondergaat bijvoorbeeld alfa-verval om een ​​kern van lead-208 te worden:

Wanneer nucleair verval wordt genoteerd in deze vorm, het totale aantal nucleonen aan de linkerkant moet gelijk zijn aan het totale aantal nucleonen aan de rechterkant. Ook,  het totale aantal protonen aan de linkerkant moet gelijk zijn aan het totale aantal protonen aan de rechterkant. In de bovenstaande vergelijking, bijvoorbeeld, 212 = 208 + 4 en 84 = 82 + 2.

De dochterkern geproduceerd door een alfa-verval heeft daarom twee protonen en vier nucleonen minder dan de moederkern.

Over het algemeen kunnen we voor alfa-verval schrijven:

Alfadeeltjes die worden geëmitteerd tijdens alfa-verval hebben specifieke energieën, wat wordt bepaald door het verschil in massa van de ouder- en dochterkernen.

voorbeeld 1

Schrijf de vergelijking voor het alfa-verval van americium-241.

Americium heeft een atoomnummer van 95. Tijdens het alfa-verval zou de americiumkern een alfadeeltje uitzenden. De nieuwe geproduceerde kern ("de dochterkern") zou twee minder protonen en vier minder nucleonen hebben. d.w.z. het moet een atoomnummer 93 en een nucleonnummer 237 hebben. Het atoomnummer 93 verwijst naar een atoom van neptunium (Np). Dus we schrijven,

 

Wat is Beta-straling

In bètastraling vervalt een kern door een elektron of een positron uit te zenden (een positron is de antideeltje van het elektron, met dezelfde massa maar de tegengestelde lading). De kern bevat geen elektronen of positronen; dus, eerst moet een proton of een neutron transformeren, zoals we hieronder zullen zien. Wanneer een elektron of een positron wordt vrijgegeven, wordt voor het behoud van het lepton-getal ook een elektron-neutrino of een elektron-antineutrino vrijgegeven. De energie van betadeeltjes (die verwijst naar elektronen of positronen) voor een bepaald verval zou een aantal waarden kunnen aannemen, afhankelijk van hoeveel van de energie die vrijkomt tijdens het vervalproces is gegeven aan het neutrino / antineutrino. Afhankelijk van het betrokken mechanisme zijn er drie soorten bètastraling: bèta-minus, beta-plus en elektronenvangst.

Wat is Beta Minus Straling

EEN bèta-minus () deeltje is een elektron. In beta-minus-verval vervalt een neutron in een proton, een elektron en een elektron-antineutrino:

Het proton blijft in de kern terwijl het elektron en het elektron antineutrino worden uitgezonden. Beta-minus proces kan worden samengevat als:

Goud-202 vervalt bijvoorbeeld door bèta-minusemissie:

Wat is Beta Plus-straling

EEN bèta plus () deeltje is een positron. In beta plus decay wordt een proton getransformeerd in een neutron, een positron en een neutrino:

Het neutron blijft in de kern terwijl het positron en het elektron-neutrino worden uitgestraald. Beta-minus proces kan worden samengevat als:

Een fosfor-30-kern kan bijvoorbeeld bèta plus verval ondergaan:

Wat is Electron Capture

Bij elektronenvangst "vangt een proton in de kern" een van de elektronen van het atoom op, waardoor een neutron en een elektron-neutrino ontstaat:

Het elektron-neutrino wordt uitgestraald. Het elektronenvangproces kan worden samengevat als:

 Nikkel-59 laat bijvoorbeeld beta-plus-verval zien als volgt:

Wat is Gamma-straling

Na het ondergaan van alfa- of bèta-verval is de kern vaak in een opgewonden energiestaat. Deze kernen ontladen zich vervolgens door een gammafoto uit te zenden en verliezen hun overtollige energie. Het aantal protonen en neutronen verandert niet tijdens dit proces. Gammastraling neemt meestal de vorm aan:

waar de asterik de kern vertegenwoordigt in een aangeslagen toestand.

Kobalt-60 kan bijvoorbeeld via beta-verval tot nikkel-60 vervallen. De gevormde nikkelkern bevindt zich in een aangeslagen toestand en zendt een gammastraalfoton uit om gedeactiveerd te worden:

Fotonen die worden uitgezonden door gammastraling, hebben ook specifieke energieën afhankelijk van de specifieke energietoestanden van de kern.

Eigenschappen van Alpha Beta en Gamma-straling

Ter vergelijking: alfadeeltjes hebben de hoogste massa en lading. Ze bewegen ook langzaam in vergelijking met bèta- en gamedeeltjes. Dit betekent dat ze, terwijl ze door stof reizen, in staat zijn om elektronen te ontdoen van materiedeeltjes waarmee ze veel gemakkelijker in contact komen. Daarom hebben ze de hoogste ioniserende kracht.

Omdat ze echter het gemakkelijkst ionisaties veroorzaken, verliezen ze ook hun energie het snelst. Doorgaans kunnen alfadeeltjes slechts een paar centimeter in de lucht doorgaan voordat ze al hun energie van ioniserende luchtdeeltjes verliezen. Alfa- deeltjes kunnen ook niet door de menselijke huid dringen, dus ze kunnen geen schade aanrichten zolang ze buiten het lichaam blijven. Als een radioactief materiaal dat alfadeeltjes afgeeft, wordt ingenomen, kan dat echter veel schade veroorzaken vanwege hun sterke vermogen om ionisatie te veroorzaken.

Ter vergelijking, betadeeltjes (elektronen / positronen) zijn lichter en kunnen sneller reizen. Ze hebben ook de helft van de lading van een alfadeeltje. Dit betekent dat hun ioniserende kracht minder is in vergelijking met alfadeeltjes. In feite kunnen bètadeeltjes worden gestopt met enkele millimeters aluminiumplaten.

Fotonen die worden uitgezonden door gammastraling zijn ongeladen en "massaloos". Terwijl ze door een materiaal gaan, kunnen ze energie geven aan elektronen die het materiaal vormen en ionisaties veroorzaken. Hun ioniserende kracht is echter veel minder in vergelijking met die van alfa en bèta. Aan de andere kant betekent dit dat hun vermogen om in materialen te dringen veel groter is. Een loodblok van enkele centimeters dik zou de intensiteit van de gammastraling kunnen verminderen, maar zelfs dat is niet genoeg om de straling volledig te stoppen.

In de onderstaande grafiek worden enkele van de eigenschappen van alfa-, bèta- en gamma-radiaton vergeleken

Eigendom	Alpha-straling	Beta-straling	Gammastraling
Aard van het deeltje	Een heliumkern	Een elektron / positron	Een foton
In rekening brengen			0
Massa			0
Relatieve snelheid	Langzaam	Medium	Lichtsnelheid
Relatief ionisatievermogen	hoog	Medium	Laag
Gestopt door	Dik vel papier	Weinig mm aluminiumplaat	(tot op zekere hoogte) Een paar cm van een blok lood

Referenties:

Particle Data Group. (2013). Lichamelijke constanten. Op 24 juli 2015 verkregen van Particle Data Group: http://pdg.lbl.gov/2014/reviews/rpp2014-rev-phys-constants.pdf