Alfa-čestica: razlika između inačica
Izbrisani sadržaj Dodani sadržaj
m r2.7.1) (robot Dodaje: si:ඇල්ෆා අංශුව |
Alfa-čestica - nadopunio |
||
Redak 1:
[[Datoteka:Alphadecay.jpg|mini|desno|250px|Alfa
[[Datoteka:Radioactive.svg|mini|desno|250px|Znak za opasnost od radioaktivnosti]]
[[Datoteka:Alfa beta gamma radiation.svg|250px|mini|desno|Alfa-zračenje može zaustaviti papir; beta-zračenje može zaustaviti aluminijski lim debeo nekoliko milimetara; a većinu gama-zračenja može zaustaviti desetak centimetara debela olovna ploča.]]
[[Datoteka:Alphaspektroskopie.JPG|mini|desno|250px|Izvor alfa-čestica ispod detektora zračenja]]
[[Datoteka:Bragg Curve for Alphas in Air.png|mini|desno|250px|Braggova krivulja prikazuje broj ionizacijskih parova koje stvaraju alfa-čestice na raznim udaljenostima od izvora.]]
[[Datoteka:EffetTunnel.gif|mini|desno|250px|Budući da polumjer atomske jezgre iznosi oko 10<sup>-15</sup> [[metar|m]], a brzina alfa-čestice koja se u njemu kreće iznosi oko 10<sup>6</sup> m/[[sekunda|s]], izlazi da alfa-čestica dolazi do vanjske površine približno 10<sup>6</sup>/10<sup>-15</sup> = 10<sup>21</sup> puta u sekundi, odnosno da ona pobjegne iz jezgre nakon 10<sup>21</sup> pokušaja. To je u stvari bit '''tunel efekta'''.]]
[[Datoteka:Sun diagram.svg|mini|desno|250px|Prikaz građe Sunca::<br /> 1. Jezgra<br /> 2. Zona zračenja<br /> 3. Zona konvekcije<br /> 4. [[Fotosfera]]<br /> 5. [[Kromosfera]]<br /> 6. [[Korona]]<br /> 7. [[ Sunčeve pjege]]<br /> 8. [[Fotosfera|Granule]]<br /> 9. [[Prominencije]] ]]
'''Alfa-čestica''' je čestica koja se sastoji od dva [[proton]]a i dva [[neutron]]a. Od jezgre [[helij]]a se razlikuje samo svojom velikom brzinom gibanja. Najčešća [[kinetička energija]] alfa-čestice je 5 M[[eV]], odnosno [[brzina]] 15 000 [[metar|km]]/[[sekunda|s]]. Označava se He<sup>2+</sup> ili <sub>2</sub><sup>4</sup>He<sup>2+</sup>. Ukupan [[spin]] alfa-čestice je nula, pa je ona [[bozon]].
Prirodno nastaje [[alfa raspad]]om [[radioaktivnost|radioaktivnih]] [[atomska jezgra|atomskih jezgri]]. [[Kinetička energija]] (brzina gibanja) alfa-čestice ovisi o atomskoj jezgri iz koje je emitirana pa je, na primjer, doseg alfa-čestice emitirane iz [[bizmut]]a-283, u [[zrak]]u pri [[Standardni tlak i temperatura|normalnom tlaku i sobnoj temperaturi]], 4,7 cm, a iz [[polonij]]a-218 je 8,5 cm.<ref>Počela fizike, Ivan Supek, Miroslav Furić, Školska knjiga, Zagreb 1994</ref> Struja alfa-čestica (alfa-zračenje) vrlo brzo gubi kinetičku energiju zbog jakog [[ionizacija|ionizirajućeg]] djelovanja i ne prodire duboko u tvar (zaustavlja ju običan list papira).
[[Masa]] alfa čestice je 6,644656 × 10<sup>-27</sup> kg, što odgovara anihilacijskoj energiji od 3,72738 GeV. Alfa-čestice se šire brzinom od oko 1/20 [[Brzina svjetlosti|brzine svjetlosti]], što je dovoljno sporo da mogu relativno dugo međudjelovati s materijom. Zato imaju jako [[Ionizirajuće zračenje|ionizirajuće djelovanje]]. Zbog svoje će se veličine brzo sudariti s nekim od [[atom]]a i izgubiti [[energija|energiju]], pa im je doseg mali (nekoliko cm), a zaustavlja ih već [[koža]] ili komad [[papir]]a. No, ako se unesu u tijelo [[hrana|hranom]] ili [[Disanje|udisanjem]], mogu biti opasne zbog svog jakog ionizirajućeg djelovanja. <ref> [http://chem.grf.unizg.hr/media/download_gallery/2.predavanje_09..pdf] "Kemija I", chem.grf.unizg.hr, 2011.</ref>
==Izvori alfa-čestica==
===Alfa raspad===
[[Alfa raspad]] je pretvaranje jedne [[atomska jezgra|atomske jezgre]] u drugu uz zračenje alfa-čestica. Jezgra se transformira (ili "raspada") na manju jezgru [[Relativna atomska masa|masenog broja]] manjeg za 4 i [[Atomski broj|atomskog broja]] manjeg za 2 i na alfa-česticu. Prema '''zakonu pomicanja''' [[atom]]i [[radioaktivnost|radioaktivnih]] elemenata koji emitiraju alfa-čestice prelaze u atome, čija je atomska masa manja za 4 atomske jedinice, a atomski broj manji za 2, tj. prelaze u atome elemenata, koji u [[Periodni sustav elemenata|periodnom sustavu elemenata]] zauzimaju položaj pomjeren za dva mjesta ulijevo. Na primjer: <ref> [http://www.nek.si/hr/o_nuklearnoj_tehnologiji/nuklearno_gorivo/od_rude_do_zutog_kolaca/] "Od rude do žutog kolača", Nuklearna elektrana Krško, 2011.</ref>
:<sup>238</sup>U → <sup>234</sup>Th + α
Većina [[helij]]a na [[Zemlja|Zemlji]] (oko 99%) je produkt alfa raspada [[uranij]]a i [[torij]]a. Do raspada dolazi zbog nestabilnosti atomske jezgre, odnosno neuravnoteženoga broja [[proton]]a i [[neutron]]a u njoj. Neke su atomske jezgre prirodno nestabilne i raspadaju se u dužem ili kraćem vremenskom intervalu ([[vrijeme poluraspada]]), a neke stabilne atomske jezgre mogu postati nestabilne nakon što na njih djeluju [[Elementarna čestica|čestice]] velike energije.
Alfa raspad se događa najčešće kod masivnih jezgri koje imaju prevelik omjer protona u odnosu na neutrone. Alfa čestica s dva protona i dva neutrona je vrlo stabilna konfiguracija [[nukleon]]a. Mnoge se jezgre masivnije od [[Olovo (element)|olova]] (> 106 u ili više od 106 [[Atomska jedinica mase|atomskih jedinica mase]]) raspadaju ovim raspadom. Najmanja [[atomska jezgra]] koja može zračiti alfa-čestice je [[telurij]] ([[Atomski broj|Z]] = 52), koji ima atomsku masu od 106 do 110. Kod alfa raspada atomska masa i redni brojevi jezgre se mijenjaju, što znači da atomska jezgra koja se raspada i jezgra nastala tim raspadom pripadaju različitim [[kemijski element|kemijskim elementima]], te stoga, imaju različita kemijska svojstva.
Kad je omjer neutrona i protona u atomskoj jezgri određenih atoma prenizak, oni emitiraju alfa-česticu kako bi uspostavili ravnotežu. Na primjer: [[polonij]]-210 ima 126 neutrona i 84 protona što je omjer od 1,50 naprema 1. Nakon radioaktivnog raspada emitiranjem alfa-čestice, omjer postaje 124 neutrona naprema 82 protona ili 1,51 naprema 1. Budući da broj protona u jezgri određuje element, polonij-210 nakon emisije alfa čestice postaje [[Olovo (element)|olovo]]-206 koji je stabilan element.
Atomi koji emitiraju alfa-čestice uglavnom su vrlo veliki atomi, tj. imaju visoke [[atomski broj|atomske brojeve]]. Mnogo je prirodnih i umjetnih radioaktivnih elemenata koji emitiraju alfa-čestice. Prirodni izvori alfa-čestica imaju atomski broj najmanje 82, uz neke iznimke. Najvažniji alfa emiteri su: [[americij]]-241 (Z = 95), [[plutonij]]-236 (Z = 94), [[uranij]]-238 (Z = 92), [[torij]]-232 (Z = 90), [[radij]]-226 (Z = 88), [[radon]]-222 (Z = 86).Alfa emiteri su prisutni u različitim količinama u gotovo svim stijenama, tlu i vodi. Nakon emisije, alfa čestice se zbog velike mase i električnog naboja gibaju relativno sporo (otprilike 1/20 brzine svjetlosti) i u zraku potroše svu energiju nakon nekoliko centimetara i tada vežu slobodne elektrone i postaju [[helij]]. <ref> [http://eskola.hfd.hr/fiz_sva_stva/nek/fisija.html] "4.1 FIZIKA NEK-a - Fisija", Nuklearna elektrana Krško, e-škola, 2011.</ref>
====Brzina i energija alfa-čestica====
U pogledu početne [[brzina|brzine]] alfa-čestica, energije, dometa, apsorpcije i prodornosti kroz razne tvari, kao i sposobnost za [[ionizacija|ionizaciju]] plinova, utvrđeno je da one imaju svoje posebne osobine, koje zavise od prirode radioaktivnog elementa iz kojeg potiču. Početna brzina alfa-čestica je različita za različite radioaktivne elemente i iznosi od 14 000 do 22 000 [[metar|km]]/[[sekunda|s]], što je oko 5 do 7,5% [[Brzina svjetlosti|brzine svjetlosti]].
[[Energija]] alfa-čestica zavisi od prirode radioaktivnog elementa iz kojeg potiče i kreće se od 4 do 10 M[[eV]]. Ispočetka se smatralo da sve alfa-čestice, koje emitiraju radioaktivni elementi, imaju istu brzinu, ali su onda pokusi pokazali da jedan radioaktivni izotop može zračiti alfa-čestice različitih brzina ili različitih [[kinetička energija|kinetičkih energija]]. Tako je poznato da [[radij]]-226 zrači alfa-čestice s 4 energetske grupe: 7,68 MeV, 8,277 MeV, 9,066 MeV i 10,505 MeV.
====Domet i apsorpcija alfa-čestica====
[[Hans Geiger]] je emprijskim putem utvrdio ovisnost dometa alfa-čestica, pod [[Standardni tlak i temperatura|standardnim tlakom i temperaturom]], o njihovoj početnoj [[brzina|brzini]]. Također je Geiger, zajedno s Johnom Nuttallom, pronašao vezu između [[Vrijeme poluraspada|vremena poluraspada]], odnosno konstante raspadanja ''λ'', nekog radioaktivnog elementa koji zrači alfa-čestice i njihovog dometa u zraku, što se naziva '''Geiger-Nuttalov zakon''':
:<math>\ln\lambda=-a_1\frac{Z}{\sqrt{E}}+a_2</math>
gdje je: ''λ'' - konstanta raspadanja (''λ = ln 2/[[vrijeme poluraspada]]''), ''Z'' – [[atomski broj]], ''E'' – ukupna [[kinetička energija]] (alfa-čestice i atomske jezgre iz koje je nastala), te a<sub>1</sub> i a<sub>2</sub> - konstante.
S obzirom na [[vrijeme poluraspada]] radioaktivnih elemenata, utvrđeno je da nestabilni atomi s kratkim životom zrače alfa-čestice velike energije, velike brzine i velikog dometa. Domet alfa-čestice se kreće od 28 mm ([[torij]]-232, vrijeme poluraspada 1,39 x 10<sup>10</sup> [[godina]]) do 86 mm ([[polonij]]-212, vrijeme poluraspada 3 x 10<sup>-7</sup> [[sekunda|sekundi]]).
Ni sve alfa-čestice jednog istog radioaktivnog elementa nemaju isti domet. Općenito, od ukupnog broja alfa-čestica, najveći njihov dio ima isti domet, a manji dio ima više snopova različitog dometa. To znači, da se alfa-čestice, koje emitira jedan isti izvor, mogu sastojati iz više grupa različitih brzina, odnosno energija. Uglavnom se pojavljuje [[Spektar (fizika)|spektar]] alfa-čestica, sastavljen od dvije ili više odvojenih energetskih grupa.
Iako alfa-čestice imaju veliku masu i energiju, ipak su njihovi dometi kratki, jer ih [[Kemijska tvar|kemijske tvari]] kroz koje prolaze zaustavljaju. Ovo zaustavljanje nastaje zbog medudjelovanja pozitivno nabijenih alfa-čestice i negativnih [[elektron]]a iz tvari kroz koje prolaze. Pri tome, elektroni mogu biti izbačeni iz atoma te tvari, a potrebnu energiju daje alfa-čestica. Smanjenjem energije alfa-čestice smanjuje se i njena brzina, a to omogućava da se elektroni s njima sastavljaju, pa se tako dobijaju atomi [[helij]]a, koji su električki neutralni. Ipak, pri tome kretanju nastaje vrlo jaka [[ionizacija]]. <ref> [http://www.fer.unizg.hr/_download/repository/UNE_compl_r1_-_ver_4_DF.pdf] "Uvod u nuklearnu energetiku", Prof. dr. sc. Danilo Feretić, 2011.</ref>
====Ionizacijsko zračenje====
Utvrdeno je da alfa-čestice koje zrače iz raznih radioaktivnih elemenata proizvode od 50 000 do 100 000 [[ion]]skih parova, na jedan [[centimetar]] [[zrak]]a, čime nastaje [[ionizirajuće zračenje]]. Ako se napravi dijagram koji će na apcisi imati udaljenost alfa-čestica od izvora zračenja, a na ordinati broj ionizacijskih parova koje stvaraju alfa-čestice na raznim udaljenostima od izvora, dobiva se '''Braggova krivulja'''. Na njenom završnom dijelu, vidi se znatan uspon, a zatim nagli pad.
====Tunel efekt====
Velika je poteškoća nastala da se objasni kako je moguće da alfa-čestice, čija [[kinetička energija]] iznosi pri izbacivanju iz radioaktivnih atomskih jezgri od 4 do 10 M[[eV]], da prođu kroz [[Potencijalna energija|potencijalnu]] energetsku barijeru, čije najveće vrijednosti kod elemenata s velikim atomskim brojem iznose oko 25 MeV. Prema [[Klasična mehanika|klasičnoj teoriji]], izlazi da alfa-čestice, koje se nalaze u unutrašnjosti atomske jezgre, ne mogu prodrijeti kroz barijeru i iz njega se osloboditi s energijom, koja je manja od energije potencijalne barijere.
Isto tako, teško je bilo objasniti zašto radioaktivni elementi imaju tako dugo [[vrijeme poluraspada]], koji na primjer za [[radij]]-226 iznosi 1600 [[godina]]. To znači da se u tako dugom vremenskom periodu, [[nukleon]]i ([[proton]]i i [[neutron]]i) moraju držati zajedno u [[atomska jezgra|atomskom jezgru]], iako ponekad spontano, bez vanjskih utjecaja, dva protona i dva neutron u obliku alfa-čestice budu izbačeni iz nje.
Taj problem su [[Teorija|teoretski]] riješili 1928. George Gamow, a neovisno o njemu Ronald Gurney i Edward Condon, razvivši teoriju '''tunel efekta'''. Prema [[Kvantna mehanika|kvantnoj fizici]] postoji vjerovatnost da se alfa-čestica s određenom energijom, koja je manja od energije potencijalne barijere, oslobodi atomskog jezgra, kad dođe do njegove površine. Ova vjerovatnost je veća ako je veća energija alfa-čestice i ako je širina barijere manja od vrijednosti njene energije. Alfa-čestica će na neki način dobiti dovoljnu količinu energije od drugih nuklearnih čestica, za svladavanje potencijalne barijere.
Za alfa-čestice sposobne da dospiju do vanjske površine i da ponovno budu ubačene u atomsko jezgro, postoji učestalost. Vrijednost ove učestalosti može se odrediti dijeljenjem veličine [[polumjer]]a atomske jezgre s procijenjenom brzinom, kojom se alfa-čestice kreću u atomskoj jezgri. Budući da polumjer atomske jezgre iznosi oko 10<sup>-15</sup> [[metar|m]], a brzina alfa-čestice koja se u njemu kreće iznosi oko 10<sup>6</sup> m/[[sekunda|s]], izlazi da alfa-čestica dolazi do vanjske površine približno 10<sup>6</sup>/10<sup>-15</sup> = 10<sup>21</sup> puta u sekundi, odnosno da ona pobjegne iz jezgre nakon 10<sup>21</sup> pokušaja. To je u stvari bit tunel efekta.
===Akceleratori čestica===
[[Akcelerator čestica]] je uređaj za ubrzavanje električki nabijene čestice do visokih brzina. Ubrzavanje čestica postiže se primjenom vrlo jakog [[Električno polje|električnog polja]] i/ili [[Magnetsko polje|magnetskog polja]]. Primjerice, u električnom polju, energija koju će nabijena čestica dobiti jednaka je umnošku njenog [[Električni naboj|električnog naboja]] i razlike potencijala početne i krajnje točke puta. Svi akceleratori rade s visokim [[vakuum]]om da omoguće nesmetano kretanje čestice. U akceleratoru čestica mogu nastati i alfa-čestice.
===Sunčeva jezgra===
[[Sunčeva jezgra]] se smatra unutrašnji dio [[Sunce|Sunca]] od centra do 20 – 25 % Sunčevog polumjera. To je najtopliji dio [[Sunčev sustav|Sunčevog sustava]]. Njegova [[gustoća]] se kreće do 150 000 kg/m<sup>3</sup> (150 puta više od gustoće vode) i temperatura je oko 15 000 000 [[Kelvin|K]] (za razliku od površine gdje je oko 6 000 K). Sunčeva jezgra se sastoji od toplog i vrućeg plina, koji je u stanju [[plazma|plazme]]. Unutar Sunčeve jezgre se stvara 99 % [[Energija nuklearne fuzije|energije nuklearne fuzije]] Sunca. U Sunčevoj jezgri mogu nastati i alfa-čestice
===Kozmičke zrake===
Oko 89 % dolazećih [[Kozmičke zrake|kozmičkih zraka]] su jednostavni [[proton]]i (jezgre [[vodik]]a), 10 % su jezgre [[helij]]a (alfa-čestice) i 1 % su teži elementi. Te jezgre vodika i helija čine 99 % kozmičkih zraka. Pojedinačni elektroni (poput [[beta-čestica]]) čine ostalih 1 % galaktičkih kozmičkih zraka – to su kozmičke zrake koje dolaze izvan Sunčevog sustava. Zasad je nepoznato odakle ti [[elektron]]i dolaze i zašto imaju ubrzanje manje od atomskih jezgri.
==Povijest==
[[Datoteka:Alphaparticlemagnetic.svg|mini|desno|250px|Alfa- čestice skreću u magnetskom polju, koje je okomito na smjer njihovog kretanja.]]
[[Datoteka:Rutherford gold foil experiment results.svg|mini|desno|250px|''Gornja slika'': Očekivani rezultati: alfa-čestice prolaze kroz Thompsonovog modela atoma.<br>
''Donja slika'': Dobiveni rezultati: samo mali dio alfa-čestice skreće, pokazujući da postoji pozitivan naboj u atomskoj jezgri (treba napomenuti da mjere nisu stvarne, atomska jezgra je još puno manja). To je Rutherfordov model atoma.]]
[[Datoteka:Li6-D Reaction.svg|250 px|mini|desno|250px|Nuklearna reakcija u kojoj [[deuterij]] bombardira [[litij]]-6, a nastaju dvije [[alfa-čestica|alfa-čestice]] (protoni su prestavljeni crvenim kuglicama, a [[neutron]]i plavim kuglicama)]]
Početkom 20. stoljeća bilo je poznato 5 radioaktivnih elemenata: [[uranij]], [[torij]], [[polonij]], [[aktinij]] i [[radij]]. Među njima najviše se upotrebljavao radij i to za liječenje [[Rak (bolest)|raka]]. Iz radija i njegovih kemijskih spojeva stalno se razvijao jedan [[plin]], koji je isto bio radioaktivan, a nazvan je radijeva emanacija ili [[radon]]. Osim radona nastajao je i [[helij]]. Iz toga se zaključilo da se radij, ali i svi ostali radioaktivni elementi, pretvaraju u druge elemente s manjom težinom i pri tom postupku zrače. Uočeno je također da je ta prirodna radioaktivnost svojstvena atomima s najvećim atomskim masama i da je to proces koji se dešava u unutrašnjosti atoma, znači ne ovisi o vanjskim utjecajima, kao što su [[tlak]], [[temperatura]] ili neka [[kemijska reakcija]].
Već 1900. bilo je poznato da jedan dio [[radioaktivnost|radioaktivnog]] zračenja može da skreće u [[magnetsko polje|magnetskom polju]]. [[Ernest Rutherford]] je na osnovu ispitivanja prolaza radioaktivnih zraka kroz tanke listiće [[aluminij]]a utvrdio da kod zračenja [[uranij]]evih spojeva postoje dvije vrste zraka. Onu vrstu zraka koje ne mogu da prođu kroz aluminijsku pločicu debljine 0,02 mm nazvao je alfa-česticama, a onu vrstu koja je prolazila i kroz deblje slojeve nazvao je [[beta-čestica|beta-česticama]]. Iste godine francuski znanstvenik [[Paul Villard]] je otkrio i treću vrstu radioaktivnog zračenja, za koju se utvrdilo da ima veliku prodornu moć i da ne skreće u magnetskom polju, a nazvane su [[gama-čestica]]ma. Na osnovu skretanja u magnetskom polju, utvrdeno je da alfa-čestice imaju pozitivni [[električni naboj]], a beta-čestice negativan električni naboj.
1908. su Rutherford i [[Hans Geiger]] mjerenjem utvrdili da alfa-čestice imaju dvostruki električni naboj, a da im je masa jednaka četverostrukoj masi atoma [[vodik]]a. Kada alfa-čestica privuče dva elektrona, ona prelazi u atom [[helij]]a. Iz toga je Rutherford zaključio da su alfa-čestice ustvari [[ion]]i helija ili samo [[atomska jezgra]] helija. Za beta-čestice se utvrdilo da se u magnetnom i električnom polju ponašaju isto kao i katodne zrake ili [[elektron]]i. To znači da su beta-čestice ustvari elektroni velikih brzina, ali za razliku od elektrona u elektronskom omotaču atoma, nastaju iz atomske jezgre.
===Pokus s alfa-česticama i zlatnim listićem===
[[Pokus s alfa-česticama i zlatnim listićem]] je bio jedan od najznačajnih [[pokus]]a u [[nuklearna fizika|nuklearnoj fizici]], jer je to bio prvi dokaz da u atomu postoji atomska jezgra. Rutherford okuplja plodan tim istraživača, među kojima su Hans Geiger, Ernest Marsden, George Hevesy, Henry Moseley, a nekoliko je godina dio tima bio i [[Niels Bohr]].
Ključni se pokus za to otkriće dogodio 1909. kada su znanstvenici vrlo tanku zlatnu foliju izložili djelovanju alfa-čestica. [[Thompsonov model atoma]] je predviđao će alfa-čestice proći kroz tanki metalni film i raspršiti se pod određenim malim kutovima. No, na veliko je iznenađenje istraživačkoga tima ustanovljeno raspršenje i pod velikim kutovima, a neke su se helijeve jezgre od metalne folije odbile potpuno unatrag. Rutherford je to usporedio s vjerojatnošću da list papira odbije topovsku kuglu. Rezultat je pokusa vodio prema novom [[Rutherfordov model atoma|modelu atoma]], koji je Rutherford predložio 1911.: atom se sastoji od središnjega naboja okruženoga sferičnom raspodjelom naboja suprotnoga predznaka. U početku se pretpostavljalo da su i elektroni građevne čestice atomske jezgre, pa je u modelu za atom dušika rednoga broja 7 bilo pretpostavljeno da u jezgri ima 21 česticu, i to 14 protona i 7 elektrona, a u elektronskom omotaču još 7 elektrona.
===Nuklearna reakcija===
Otkriće je [[spin]]a i [[Spektroskopija|spektroskopija]] [[dušik]]ovih jezgri, do čega je 1930. došao [[Talijani|talijanski]] [[fizičar]] Franco Rasetti, pokazalo da se dušikove jezgre vladaju kao čestice cjelobrojnoga spina, tj. kao [[bozoni]]. To je bilo u potpunom neskladu s predloženim modelom dušikove jezgre s 21 [[nukleon]]om, pa je to neslaganje nazvano „dušikovom katastrofom“. No, „katastrofa“ je razriješena otkrićem [[neutron]]a, koje je 1932. objavio [[James Chadwick]] i njegova spina 1/2. Ruski je fizičar Dmitri Ivanenko predložio tada današnji model atoma prema kojem su atomski nukleoni protoni i neutroni, a ne elektroni. Naziv proton za pozitivno nabijeni nukleon prvi je upotrijebio Rutherford, a on je 1919. godine izveo i prvu pretvorbu (transmutaciju) jednoga elementa u drugi; toj je prvoj [[nuklearna reakcija|nuklearnoj reakciji]] u povijesti bombardirao dušik alfa-česticama i tako dobio [[kisik]].
===Rutherfordovo raspršenje===
[[Rutherfordovo raspršenje]] je pojava iz nuklearne fizike, kojom se objašnjava skretanja alfa-čestica koje udaraju u tanke listiće [[metal]]a, a s njim se dokazuje postojanje pozitivno nabijene [[atomska jezgra|atomske jezgre]], koja ima gotovo svu masu atoma. Rutherfordovo raspršenje je objašnjenje strukture atomske jezgre, koje je nastalo nakon pokusa s alfa-česticama i zlatnim listićem. Rezultati tog pokusa su pokazali da su skretanja alfa-čestica pod velikim kutevima bila jako rijetka, na primjer pri prolazu kroz listić [[platina|platine]] na svakih 8000 jedna alfa-čestica bi skrenula pod kutem većim od 90º.
===Prva nuklearna pretvorba===
Godine 1919. [[Ernest Rutherford]] je, bombardirajući [[dušik]] alfa-česticama izveo prvu nuklearnu pretvorbu (transmutaciju) jednog elementa u drugi. Rutherford je prilikom istraživanja raspršenja alfa-čestica kroz [[zrak]], otkrio da prilikom bombardiranja atoma dušika s alfa-česticama nastaju nove jezgre atoma kisika i vodika.
:<sup>14</sup>N + α → <sup>17</sup>O + proton
==Antialfa-čestica==
Antialfa-čestica je dosad najteža otkrivena stabilna antijezgra, a izgleda da još desetljećima nećemo moći otkriti nešto slično. Članovi međunarodne istraživačke skupine STAR su na Relativističkom sudaraču teških iona (eng. ''Relativistic Heavy Ion Collider'' - RHIC) otkrili [[Antimaterija|antimaterijsku]] kopiju alfa-čestice 2011. Ova nova čestica je najteža antijezgra ikad otkrivena. Relativistički sudarač teških iona je zapravo [[akcelerator čestica]] namijenjen proučavanju uvjeta u najranijem dobu [[Svemir]]a, a smješten je u Nacionalnom laboratoriju Brookhaven. Jezgra antialfa-čestice se sastoji od dva antiprotona i dva antineutrona, stabilna je i ne ulazi u radioaktivni raspad, nabijena je nabojem dva elektrona dok joj je masa gotovo četiri puta veća od mase protona. Rezultati istraživanja pokazuju kako se novootkrivene antialfa-čestice mogu lijepo razlučiti od lakših [[izotop]]a, ali i da imaju očekivanu masu.
Stvaranje uvjeta potrebnih za proučavanje prirode antimaterije nije nimalo lak zadatak. Jedna od najvećih tajni fizike jest pitanje zašto se čini da je naš Svemir gotovo u potpunosti izgrađen od obične materije kada je znanstveno prihvaćena pretpostavka da su u vrijeme [[Veliki prasak|Velikog praska]] materija i antimaterija stvorene u isto vrijeme i u istim količinama.
Za stvaranje uvjeta sličnih uvjetima neposredno posije Velikog praska, u RHIC-u se sudaraju [[ion]]i [[zlato|zlata]] pri brzinama bliskim [[brzina svjetlosti|brzini svjetlosti]], pri čemu se oslobađaju gotovo jednake količine [[kvark]]ova i antikvarkova. Velik dio stabilne materije nastale tijekom takvih sudara ostavlja jasan signal na STAR detektoru prije nego li, zajedno s običnom materijom, bude uništena u vanjskom dijelu uređaja. <ref> [http://znano.st/znanost-matematika-fizika-kemija/4/otkrivena-najteza-cestica-antimaterije/160/] "Otkrivena najteža čestica antimaterije", Znanost - Hrvatski znanstveni portal, 2011.</ref>
==Primjena==
[[Datoteka:Americium-241.jpg|mini|desno|250px|Spremnik americija u detektoru dima.]]
[[Datoteka:Cutdrawing of an GPHS-RTG.jpg|mini|desno|250px|Nuklearna baterija sa svemirske letjelice [[Cassini-Huygens]].]]
===Detektor dima===
Najčešći detektori dima sadrže male količine radioaktivnog izotopa [[americij]]a-241, koji se proizvede [[nuklearna reakcija|nuklearnim reakcijama]]. Alfa-čestica, koja se emitira u raspadu americija-241, [[ionizacija|ionizira]] zrak i stvori malu struju naboja koja se mjeri osjetljivim uređajem. Kada [[dim]] uđe u detektor, ioni se uhvate česticama dima što umanji struju naboja u detektoru. Ako se to dogodi, alarm se uključi. Kako je prevaljena udaljenost alfa-čestica izuzetno mala u zraku, ne postoji rizik zračenja od ovakvih detektora. Nakon svoje uporabe, ovi se detektori moraju prikladno odlagati, kao radioaktivni otpad.
===Nuklearne baterije===
Nuklearne baterije su [[Baterija|baterije]] u kojim se zbiva cijepanje jezgre elementa [[uranij]]a-235 ili [[plutonij]]a-239. U nuklearnoj je bateriji [[nuklearna lančana reakcija]] cijepanja kontrolirana, tj. može se usporiti ili ubrzati. Uređaji za pretvorbu prirodnog radioaktivnog raspadanja direktno u [[električna energija|električnu energiju]] nisu ništa novo. [[Tehnologija]] stvaranja nuklearne baterije započela je još 1913., kada je Henry Moseley prvi puta demonstrirao tzv. '''Beta ćeliju'''. Bilo je to u vrijeme kada je sve više rasla potražnja za dugoročnim spremištima energije, posebice u svrhe [[Svemirska utrka|svemirskih istraživanja]] 1950-tih i 1960-tih godina. Tijekom godina, razvili su se brojni tipovi i različiti principi rada nuklearnih baterija. Iako su većinom ti principi već odavno poznati, tek u novije vrijeme su se razvile tehnološke mogućnosti za izradu same baterije. Nuklearne baterije koje stvaraju alfa-čestice je puno lakše zaštititi; dovoljno je samo 2,5 mm [[Olovo (element)|olovnog]] lima.
===Eliminatori statičkog elektriciteta===
Neki eliminatori statičkog [[elektricitet]]a koriste [[polonij]]-210, koji zrači alfa-čestice i ionizira zrak, a time i poništava statički elektricitet.
===Nuklearna medicina: terapija===
Radiaktivni izotop [[kobalt]]-60 emitira gama-zrake koje se koriste za razbijanje stanica [[Rak (bolest)|raka]], a slično tome i [[cezij]]-137. U posljednjih desetak godina terapija uništenja stanica raka vrši se pod izravnim snopom masivnih [[ion]]a iz [[Akcelerator čestica|akceleratora]]. Za razliku od gama-zraka, koje dijele svoju energiju podjednako na zdravo i nezdravo tkivo, masivne čestice poput [[proton]]a i [[alfa-čestica]] ostavljaju svoju energiju neposredno tamo gdje se zaustave. Ako se energija prikladno odabere, najveći dio energije može se ostaviti u nezdravom tkivu, a ne u zdravom tkivu.
==Utjecaj alfa zračenja na žive organizme==
Svijet u kojem živimo [[radioaktivnost|radioaktivan]] je od svog postanka. Postoji oko 60 [[radionuklid]]a (radioaktivnih elemenata), koje možemo pronaći u tlu, zraku, vodi, hrani, a time i u svim živim bićima. Po tome kako su nastali dijele se na one koji su oduvijek prisutni na Zemlji, one koji nastaju kao posljedica djelovanja [[Kozmičke zrake|kozmičkih zraka]], te one koji su posljedica ljudske [[Tehnologija|tehnologije]].
U prvoj su skupini radioaktivni elementi poput [[uranij]]a-235, uranija-238, [[torij]]a-232, [[radij]]a-226, [[radon]]a-222 ili [[kalij]]a-40. Oni potječu još iz vremena stvaranja Zemlje, a karakterizira ih vrlo dugo vrijeme poluraspada, čak i do milijardu godina (iznimka je plin radon, čiji je poluživot 3,8 dana). Kozmičko zračenje nas neprestano pogađa. Izvor mu je uglavnom izvan našeg [[Sunčev sustav|Sunčevog sustava]], a sastoji se od raznih oblika zračenja: od vrlo brzih teških čestica, pa do visokoenergijskih [[foton]]a i [[mion]]a. Ono međudjeluje s atomima u gornjim slojevima atmosfere i tako proizvodi radionuklide, koji su najčešće kraćih vremena poluživota. To su, na primjer, [[ugljik-14]], [[tricij]], [[berilij]]-7 i drugi.
Ljudi su svojim djelovanjem, poglavito razvojem nuklearnih reaktora i testiranjem nuklearnog oružja, stvorili još neke radioaktivne elemente, poput [[stroncij]]a-90, [[jod]]a-129, joda-131, [[cezij]]a-137, [[plutonij]]a-239 itd.<ref> [http://www.radiobiologija.vef.unizg.hr/skripta/RAD11-20.htm] "Jedinica radioaktivnosti", www.radiobiologija.vef.unizg.hr, 2011.</ref>
===Mjerne jedinice ionizirajućeg zračenja===
{{glavni|Mjerne jedinice ionizirajućeg zračenja}}
[[radioaktivnost|Aktivnost radioaktivnog uzorka]] mjeri se u [[bekerel]]ima (Bq). Aktivnost od 1 Bq znači jedan raspad [[atomska jezgra|atomske jezgre]] u sekundi. Kako su aktivnosti uzoraka često vrlo velike u upotrebi je i veća jedinica, [[kiri]] (Ci). 1 Ci iznosi 3,7 • 10<sup>10</sup> Bq.
Da bi se mjerila [[energija]], koju putem zračenja apsorbira određena tvar, koristi se jedinica [[grej]] (Gy). Omjer te energije i mase tijela koje ju apsorbira zove se [[apsorbirana doza]]. Ako se [[energija]] od 1 [[Džul|J]] apsorbira u 1 [[kilogram|kg]] tvari govorimo o apsorbiranoj dozi od 1 Gy. Ovako definirana doza ne govori ništa o biološkim učincima apsorbiranog zračenja. Svaka vrsta zračenja (α, β, γ) ima drugačiji utjecaj na žive stanice, koji se opisuje '''faktorom Q'''. Zato se definira [[ekvivalentna doza]], koju dobijemo tako da apsorbiranu dozu pomnožimo faktorom Q. Jedinica za ekvivalentnu dozu je [[sievert]] (Sv). <ref> [http://personal.unizd.hr/~mdzela/nastava/KTF.pdf] "Ionizirajuće zračenje u biosferi", Mile Dželalija, Kemijsko-tehnološki fakultet, Sveučilište u Splitu, 2011.</ref>
== Izvori ==
| |||