Vad är Alfapartikeldefinition

alfapartiklar är energiska kärnor av helium. Produktionen av alfa partiklar kallas alfa förfall. Alfapartiklar består av två protoner och två neutroner bundna ihop till en partikel identisk med en heliumkärna. Alfa partiklar är relativt stora och bär en dubbel positiv laddning. De är inte särskilt penetrerande och ett papper kan stoppa dem. De reser bara några centimeter men deponerar all sin energi längs sina korta vägar., I kärnreaktorer produceras de till exempel i bränslet (alfaförfall av tunga kärnor). Alfa partiklar släpps vanligen av alla tunga radioaktiva kärnor som förekommer i naturen (uran, torium eller radium), liksom de transuraniska elementen (neptunium, plutonium eller americium). Speciellt energiska alfapartiklar (utom artificiellt accelererade heliumkärnor) produceras i en kärnprocess, som är känd som en ternär fission. I denna process splittras kärnan av uran i tre laddade partiklar (fissionfragment) istället för de normala två., Den minsta av klyvningsfragmenten troligen (90% sannolikhet) är en extra energisk alfa partikel.

interaktion av alfapartiklar med Materia

eftersom den elektromagnetiska interaktionen sträcker sig över ett visst avstånd är det inte nödvändigt för en alfapartikel att göra en direkt kollision med en atom. De kan överföra energi helt enkelt genom att passera i närheten., Alfa partiklar interagerar med materia främst genom coulomb krafter mellan deras positiva laddning och den negativa laddningen av elektronerna från atomiska orbitaler. I allmänhet överför alfapartiklarna (som andra laddade partiklar) energi mestadels av:

• Excitation. Den laddade partikeln kan överföra energi till atomen, höja elektroner till en högre energinivåer.
• jonisering. Jonisering kan uppstå, när den laddade partikeln har tillräckligt med energi för att ta bort en elektron. Detta resulterar i en skapelse av jonpar i omgivande materia.,

skapandet av par kräver energi, som går förlorad från alfapartikelns kinetiska energi, vilket får den att decelerera. De positiva joner och fria elektroner som skapas genom passage av alfa-partikeln kommer sedan att återförenas, frigöra energi i form av värme (t.ex. vibrationell energi eller rotationsenergi av atomer). Det finns stora skillnader i hur energiförlust och spridning mellan passagen av lätta laddade partiklar såsom positroner och elektroner och tunga laddade partiklar såsom fission fragment, alfa partiklar, muoner., De flesta av dessa skillnader är baserade på kollisionsprocessens olika dynamik. I allmänhet, när en tung partikel kolliderar med en mycket lättare partikel (elektroner i atombanorna), förutspår energi-och momentumskyddslagarna att endast en liten del av den massiva partikelens energi kan överföras till den mindre massiva partikeln. Den faktiska mängden överförd energi beror på hur nära de laddade partiklarna passerar genom atomen och det beror också på begränsningar från kvantifiering av energinivåer.,

Se även: interaktion mellan tunga laddade partiklar med Materia

stoppkraft – Bethe formel

en bekväm variabel som beskriver joniseringsegenskaperna hos omgivande medium är stoppkraften., Materialets linjära stoppkraft definieras som förhållandet mellan den differentiella energiförlusten för partikeln i materialet och motsvarande differentialbanans längd:

,där T är den kinetiska energin hos den laddade partikeln, nion är antalet elektronjonpar som bildas per enhetsbanans längd, och jag betecknar den genomsnittliga energi som behövs för att jonisera en atom i mediet. För laddade partiklar ökar s när partikelhastigheten minskar. Det klassiska uttrycket som beskriver den specifika energiförlusten kallas Bethe-formeln., Den icke-relativistiska formeln hittades av Hans Bethe 1930. Den relativistiska versionen (se nedan) hittades också av Hans Bethe 1932.

i detta uttryck är M elektronens resten massa, β är lika med v / c, vad uttrycker partikelns hastighet i förhållande till ljusets hastighet, γ är partikelns Lorentz-faktor, Q är lika med laddningen, Z är mediets atomnummer och n är atomernas densitet i volymen. För icke-relativistiska partiklar (tunga laddade partiklar är mestadels icke-relativistiska) är dT/DX beroende av 1/v2., Detta kan förklaras av den större tiden som den laddade partikeln spenderar i elektronens negativa fält när hastigheten är låg.

stoppkraften hos de flesta material är mycket hög för tunga laddade partiklar och dessa partiklar har mycket korta intervall. Till exempel är intervallet för en 5 MeV-alfapartikel ca 0,002 cm i aluminiumlegering. De flesta alfapartiklar kan stoppas av ett vanligt pappersark eller levande vävnad., Därför utgör avskärmningen av alfa-partiklar inte ett svårt problem, men å andra sidan alfa-radioaktiva nuklider kan leda till allvarliga hälsorisker när de intas eller inhaleras (intern förorening).

Bragg-kurva

Bragg-kurvan är typisk för alfa-partiklar och för andra tunga laddade partiklar och beskriver energiförlust av joniserande strålning under resa genom materia. För denna kurva är typiskt Bragg-toppen, vilket är resultatet av 1/v2-beroendet av stoppkraften. Denna topp uppstår eftersom tvärsnittet av interaktion ökar omedelbart innan partikeln kommer till vila. För det mesta av spåret förblir laddningen oförändrad och den specifika energiförlusten ökar enligt 1/v2., Nära slutet av spåret kan laddningen minskas genom elektronupphämtning och kurvan kan falla av.

Bragg-kurvan skiljer sig också något på grund av effekten av straggling. För ett givet material kommer sortimentet att vara nästan detsamma för alla partiklar av samma slag med samma ursprungliga energi. Eftersom detaljerna i de mikroskopiska interaktioner som någon specifik partikel utsätts för varierar slumpmässigt, kan en liten variation i intervallet observeras., Denna variation kallas straggling och den orsakas av den statistiska karaktären hos energiförlustprocessen som består av ett stort antal enskilda kollisioner.

detta fenomen, som beskrivs av Bragg-kurvan, utnyttjas vid partikelbehandling av cancer, eftersom detta gör det möjligt att koncentrera stoppenergin på tumören samtidigt som effekten på den omgivande friska vävnaden minimeras.

---