Alfa-čestica: razlika između inačica
Izbrisani sadržaj Dodani sadržaj
Nadopunio Alfa-čestica |
Nadopunio Alfa-čestica |
||
Redak 96:
== Povijest ==
[[datoteka:Alphaparticlemagnetic.svg|mini|desno|250px|Alfa- čestice skreću u [[magnetsko polje|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
''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-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]].▼
▲[[datoteka:Li6-D Reaction.svg|250 px|mini|desno|250px|[[Nuklearna reakcija]] u kojoj [[deuterij]] bombardira [[litij]]-6, a nastaju dvije alfa-čestice (
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.▼
▲Početkom 20. stoljeća bilo je poznato 5 [[Radionuklid|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]].
▲===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]].▼
▲Već 1900. bilo je poznato da jedan dio [[radioaktivnost|radioaktivnog]] zračenja može da skreće u [[magnetsko polje|magnetskom polju]]. [[Ernest Rutherford|E. 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|P. 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.]]
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. ▼
▲1908. su E. Rutherford i [[Hans Geiger|H. 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
===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]].▼
=== Pokus s alfa-česticama i zlatnim listićem ===
===Rutherfordovo raspršenje===▼
{{Glavni|Pokus s alfa-česticama i zlatnim listićem}}
[[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.▼
▲Ključni se pokus za to otkriće dogodio 1909. kada su znanstvenici vrlo tanku [[zlato|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
▲=== Nuklearna reakcija ===
{{Glavni|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,
▲=== Rutherfordovo raspršenje ===
{{Glavni|Rutherfordovo raspršenje}}
▲
▲=== Prva nuklearna pretvorba ===
▲Godine 1919. [[Ernest Rutherford|E. 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
:<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.
Line 130 ⟶ 140:
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 ==
[[
[[
===Detektor dima===▼
[[datoteka:WolfhartFig1a.JPG|mini|desno|250px|Trag pojedinačne alfa-čestice koju je dobio nuklearni fizičar Wolfhart Willimczik sa svojom [[Komora na iskre|komorom na iskre]] posebno prerađenom za alfa-čestice.]]
[[datoteka:Geiger counter.jpg|mini|desno|250px|desno|[[Geigerov brojač]].]]
▲=== 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
== 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
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>
Line 160 ⟶ 176:
== Izvori ==
{{izvori}}
== Vanjske poveznice ==
| |||