Wat is Alfa – deeltje-definitie

alfadeeltjes zijn energetische kernen van helium. De productie van alfadeeltjes wordt alfa-verval genoemd. Alfadeeltjes bestaan uit twee protonen en twee neutronen die samen gebonden zijn tot een deeltje dat identiek is aan een heliumkern. Alfadeeltjes zijn relatief groot en dragen een dubbele positieve lading. Ze zijn niet erg doordringend en een stuk papier kan ze stoppen. Ze reizen slechts een paar centimeter, maar zetten al hun energie af langs hun korte paden., In kernreactoren worden ze bijvoorbeeld geproduceerd in de brandstof (alfaverval van zware kernen). Alfadeeltjes worden gewoonlijk uitgestoten door alle zware radioactieve kernen die in de natuur voorkomen (uranium, thorium of radium), evenals de transuranische elementen (neptunium, plutonium of americium). Vooral energetische alfadeeltjes (behalve kunstmatig versnelde heliumkernen) worden geproduceerd in een nucleair proces, dat bekend staat als een ternaire splijting. Bij dit proces wordt de kern van uranium gesplitst in drie geladen deeltjes (splijtingsfragmenten) in plaats van de normale twee., De kleinste van de splijtingsfragmenten is hoogstwaarschijnlijk (90% kans) een extra energetisch alfadeeltje.

interactie van alfadeeltjes met materie

aangezien de elektromagnetische interactie zich over enige afstand uitstrekt, is het niet nodig dat alfadeeltjes een directe botsing met een atoom maken. Ze kunnen energie overdragen door gewoon in de buurt te passeren., Alfadeeltjes interageren met materie voornamelijk door coulomb-krachten tussen hun positieve lading en de negatieve lading van de elektronen van atomaire orbitalen. In het algemeen dragen de alfadeeltjes (net als andere geladen deeltjes) meestal energie over door:

• excitatie. Het geladen deeltje kan energie overbrengen naar het atoom, waardoor elektronen naar een hoger energieniveau gaan.
• ionisatie. Ionisatie kan optreden, wanneer het geladen deeltje genoeg energie heeft om een elektron te verwijderen. Dit resulteert in een creatie van ionenparen in omringende materie.,

Voor het aanmaken van paren is energie nodig, die verloren gaat door de kinetische energie van het alfadeeltje, waardoor het afremt. De positieve ionen en vrije elektronen die door de passage van het alfadeeltje worden gecreëerd, zullen dan herenigen en energie vrijgeven in de vorm van warmte (b.v. trillingsenergie of rotatie-energie van atomen). Er zijn aanzienlijke verschillen in de manieren van energieverlies en het verspreiden tussen de passage van licht geladen deeltjes zoals positronen en elektronen en zwaar geladen deeltjes zoals splijtingsfragmenten, alfadeeltjes, muonen., De meeste van deze verschillen zijn gebaseerd op de verschillende dynamiek van het botsproces. In het algemeen, wanneer een zwaar deeltje botst met een veel lichter deeltje (elektronen in de atomaire orbitalen), voorspellen de wetten van energie en momentumbehoud dat slechts een klein deel van de energie van het massieve deeltje kan worden overgebracht naar het minder massieve deeltje. De werkelijke hoeveelheid overgedragen energie hangt af van hoe dicht de geladen deeltjes door het atoom gaan en het hangt ook af van beperkingen van de kwantificering van energieniveaus.,

zie ook: interactie van zwaar geladen deeltjes met materie

Stopvermogen – de Formule

een handige variabele die de ionisatie-eigenschappen van het omringende medium beschrijft is de stopkracht., Het lineaire stopvermogen van het materiaal wordt gedefinieerd als de verhouding tussen het differentiële energieverlies voor het deeltje in het materiaal en de overeenkomstige differentiële padlengte:

,waarbij T de kinetische energie van het geladen deeltje is, nion het aantal elektron-ionenparen per eenheid padlengte is, en I staat voor de gemiddelde energie die nodig is om een atoom in het medium te ioniseren. Voor geladen deeltjes neemt S toe naarmate de deeltjessnelheid afneemt. De klassieke uitdrukking die het specifieke energieverlies beschrijft staat bekend als de Bethe-formule., De niet-relativistische formule werd gevonden door Hans Bethe in 1930. De relativistische versie (zie hieronder) werd ook gevonden door Hans Bethe in 1932.

In deze uitdrukking is m de rustmassa van het elektron, β is gelijk aan v/c, wat de snelheid van het deeltje ten opzichte van de lichtsnelheid uitdrukt, γ is de Lorentzfactor van het deeltje, Q is gelijk aan zijn lading, Z is het atoomnummer van het medium en n is de atomen dichtheid in het volume. Voor niet-relativistische deeltjes (zwaar geladen deeltjes zijn meestal niet-relativistisch) is dT/dx afhankelijk van 1/v2., Dit kan worden verklaard door de grotere tijd die het geladen deeltje doorbrengt in het negatieve veld van het elektron, wanneer de snelheid laag is.

het stopvermogen van de meeste materialen is zeer hoog voor zwaar geladen deeltjes en deze deeltjes hebben een zeer kort bereik. Bijvoorbeeld, het bereik van een 5 MeV Alfa deeltje is ongeveer slechts 0,002 cm in aluminiumlegering. De meeste alfadeeltjes kunnen worden gestopt door een gewoon vel papier of levend weefsel., De afscherming van alfadeeltjes vormt dus geen moeilijk probleem, maar aan de andere kant kunnen alfaactieve nucliden leiden tot ernstige gezondheidsrisico ‘ s wanneer ze worden ingenomen of ingeademd (inwendige besmetting).

Bragg-Curve

De Bragg-curve is typisch voor alfadeeltjes en voor andere zwaar geladen deeltjes en beschrijft het energieverlies van ioniserende straling tijdens het reizen door materie. Voor deze curve is typisch de Bragg piek, die het resultaat is van 1/v2 afhankelijkheid van de stopkracht. Deze piek komt voor omdat de dwarsdoorsnede van interactie onmiddellijk voordat het deeltje tot rust komt toeneemt. Voor het grootste deel van het spoor blijft de lading onveranderd en neemt het specifieke energieverlies toe volgens de 1/v2., In de buurt van het einde van het spoor, kan de lading worden verminderd door elektron pick-up en de kromme kan eraf vallen.

De Bragg-curve verschilt ook enigszins door het effect van vertraging. Voor een bepaald materiaal zal het bereik bijna hetzelfde zijn voor alle deeltjes van dezelfde soort met dezelfde initiële energie. Omdat de details van de microscopische interacties die door om het even welk specifiek deeltje worden ondergaan willekeurig variëren, kan een kleine variatie in de waaier worden waargenomen., Deze variatie wordt vertraagd genoemd en wordt veroorzaakt door de statistische aard van het energieverliesproces dat bestaat uit een groot aantal individuele botsingen.

dit verschijnsel, dat wordt beschreven door de Bragg-curve, wordt benut in deeltjestherapie van kanker, omdat dit het mogelijk maakt om de stopenergie op de tumor te concentreren terwijl het effect op het omringende gezonde weefsel wordt geminimaliseerd.

---