Просмотр кода страницы Альфа-частица

{{Проводится_экспертиза_РАН}}
{{Атомное ядро
 |цвет_фона                          =
 |имя                                = Альфа-частица
 |символ                             = α, α<sup>2+</sup>, He<sup>2+</sup>
 |изображение                        = [[Файл:Alpha Decay.svg]]
 |ядро_изотопа                       = [[Гелий-4]] {{nobr|( <math>\textstyle{{}^4_2\mathrm{He}^{2+}}</math>)}}
 |химический_элемент                 = [[Гелий]]
 |заголовок                          = Альфа-частица
 |состав                             = 2 [[протон]]а, 2 [[нейтрон]]а
 |семья                              = [[Бозон]]
 |магнитный_момент                   = 0
 |электрический_квадрупольный_момент = 0
 |массовое_число                     = 4
 |масса                              = 3,727379240(82) ГэВ (около 6,644656{{e|−27}} кг)
 |атомная_единица_массы              = 4,001506179125(62)
 |ядерное_эффективное_сечение        = 
 |энергия_связи                      = 28,3 МэВ (7,1 МэВ на нуклон)<ref name=autogenerated1>Оглоблин А. А., Ломанов М. Ф. АЛЬФА-ЧАСТИЦА // Большая российская энциклопедия. Электронная версия (2016); https://old.bigenc.ru/physics/text/1816460 {{Wayback|url=https://old.bigenc.ru/physics/text/1816460 |date=20220327083822 }} Дата обращения: 27.03.2022</ref>
 |время_жизни                        = Стабильна
 |чётность                           = +
 |электрический_заряд                = 2
 |спин                               = 0
 |изотопический_спин                 = 0
 |гиперзаряд                         = 4
}}
'''А́льфа-части́ца''' (α-частица) — положительно заряженная [[Список частиц|частица]], образованная двумя [[протон]]ами и двумя [[нейтрон]]ами; [[атомное ядро|ядро]] атома [[Гелий-4|гелия-4]]
{{nobr|( <math>\textstyle{{}^4_2\mathrm{He}^{2+}}</math>)}}.
Впервые обнаружены [[Резерфорд, Эрнест|Э. Резерфордом]] в 1899 году<ref name=autogenerated1/>. Альфа-частицы могут вызывать [[ядерные реакции]]; в первой искусственно вызванной ядерной реакции, проведённой Э. Резерфордом в 1919 году (превращение ядер азота в ядра кислорода) участвовали именно альфа-частицы. Поток альфа-частиц называют '''альфа-лучами'''<ref>{{Cite web|url=http://nuclphys.sinp.msu.ru/ecology/ecol/ecol02.htm|author=Гордиенко В. А.|title=Введение в экологию|lang=ru|date=2012-05-15|access-date=2022-03-27|archive-date=2022-03-27|archive-url=https://web.archive.org/web/20220327083821/http://nuclphys.sinp.msu.ru/ecology/ecol/ecol02.htm|deadlink=no}}</ref> или '''альфа-излучением'''<ref>[http://nuclphys.sinp.msu.ru/partmat/ Взаимодействие частиц с веществом] {{Wayback|url=http://nuclphys.sinp.msu.ru/partmat/ |date=20120718214921 }}.</ref>.

== Образование ==
Альфа-частицы возникают при [[альфа-распад]]е ядер, при [[Ядерная реакция|ядерных реакциях]] и в результате полной ионизации атомов гелия-4. Например, в результате взаимодействия ядра [[Литий-6|лития-6]] с [[дейтрон]]ом могут образоваться две альфа-частицы: {{nobr|<sup>6</sup>Li + <sup>2</sup>H {{=}} <sup>4</sup>He + <sup>4</sup>He}}. Альфа-частицы составляют существенную часть первичных [[космические лучи|космических лучей]]; большинство из них являются ускоренными ядрами гелия из звёздных атмосфер и [[межзвёздный газ|межзвёздного газа]], некоторые возникли в результате ядерных реакций скалывания из более тяжёлых ядер космических лучей. Альфа-частицы высоких энергий могут быть получены с помощью [[ускоритель заряженных частиц|ускорителей заряженных частиц]].

== Свойства ==
[[Масса]] альфа-частицы составляет {{nobr|4,001 506 179 127(63) [[Атомная единица массы|атомной единицы массы]]}}<ref>[https://physics.nist.gov/cgi-bin/cuu/Value?malu Alpha particle mass in ''u''] {{Wayback|url=https://physics.nist.gov/cgi-bin/cuu/Value?malu |date=20211030190659 }}. 2018 CODATA recommended values.</ref> (около {{nobr|6,644 657 3357(20){{e|−27}} кг}}), что эквивалентно энергии {{nobr|3727,379 4066(11) [[МэВ]]}}<ref>[https://physics.nist.gov/cgi-bin/cuu/Value?malc2mev Alpha particle mass energy equivalent in MeV] {{Wayback|url=https://physics.nist.gov/cgi-bin/cuu/Value?malc2mev |date=20210323020734 }}. 2018 CODATA recommended values.</ref>. [[Спин]] и [[магнитный момент]] равны нулю. [[Энергия связи]] (выраженная в энергетических единицах разница между суммарной массой двух протонов и двух нейтронов и массой альфа-частицы) составляет 28,295 6108(16) МэВ ({{nobr|7,073 9027(4) МэВ}} на [[нуклон]])<ref name=AME>{{AME2020|II}}</ref><ref name=note1>Обратите внимание, что в базах данных Nubase2020 и AME 2020 указаны массы и производные величины в отношении нейтрального невозбуждённого атома гелия-4; для пересчёта к альфа-частице (дважды ионизированному атому гелия-4) необходимо вычесть массы двух электронов {{nobr|2 × 0,510 998 950 00(15) МэВ}} и прибавить их энергию связи в низшем состоянии, 0,000 079 005 МэВ.</ref>. [[Избыток массы]] составляет 2424,9158(1) кэВ<ref>{{Nubase2020}}</ref>. Заряд альфа-частицы положителен и равен удвоенному [[Элементарный электрический заряд|элементарному заряду]], или примерно {{nobr|3,218·10<sup>−19</sup> Кл}}.

== Проникающая способность ==
Тяжёлые заряженные частицы взаимодействуют в основном с атомными [[электрон]]ами и поэтому мало отклоняются от направления своего первоначального движения. Вследствие этого пробег тяжёлой частицы {{math|''R''}} измеряют расстоянием по прямой от источника частиц до точки их остановки. Обычно пробег измеряется в единицах длины (м, см, мкм), а также поверхностной плотности материала (или, что равнозначно, длины пробега, умноженной на плотность) (г/см<sup>2</sup>). Выражение пробега в единицах длины имеет смысл для фиксированной плотности среды (например, часто в качестве среды выбирается сухой воздух при [[Стандартные условия|нормальных условиях]]). Физический смысл пробега в терминах поверхностной плотности — масса единицы площади слоя, достаточного для остановки частицы.
 
{| class="standard" width="550px" style="text-align: center;"
 |+ Длина пробега α-частицы в зависимости от её энергии и среды 
 ! rowspan="3" |Среда
 ! colspan="4"|Энергия α-частиц, МэВ
 |-
 !4
 !6
 !8
 !10
|-
! colspan="4" |Длина пробега α-частицы, мм
|-
 |style="text-align: left;"| Воздух при [[Стандартные условия|нормальных условиях]]
 |25
 |46
 |74
 |106
 |-
 |style="text-align: left;"|Биологическая ткань
 |0,031
 |0,056
 |0,096
 |0,130
 |-
 |style="text-align: left;"|Алюминий
 |0,016
 |0,030
 |0,048
 |0,069
 |}

== Детектирование ==
Детектируются альфа-частицы с помощью [[Сцинтилляторы|сцинтилляционных детекторов]], [[Счётчик Гейгера|газоразрядных детекторов]], кремниевых [[Pin диод|pin-диодов]] (поверхностно-барьерных детекторов, нечувствительных к бета- и гамма-излучению) и соответствующей [[Усилитель (электроника)|усилительной]] электроники, а также с помощью [[трековые детекторы|трековых детекторов]]. Для детектирования альфа-частиц с энергиями, характерными для радиоактивного распада, необходимо обеспечить малую поверхностную плотность экрана, отделяющего чувствительный объём детектора от окружающей среды. Например, в газоразрядных детекторах может устанавливаться слюдяное окно с толщиной в несколько микрон, проницаемое для альфа-частиц. В полупроводниковых поверхностно-барьерных детекторах такой экран не нужен, рабочая область детектора может непосредственно контактировать с воздухом. При детектировании альфа-активных радионуклидов в жидкостях исследуемое вещество смешивается с жидким сцинтиллятором.

В настоящее время наиболее распространены кремниевые поверхностно-барьерные детекторы альфа-частиц, в которых на поверхности полупроводникового кристалла с проводимостью {{math|''p''}}-типа создаётся тонкий слой с проводимостью {{math|''n''}}-типа путём диффузионного введения донорной примеси (например, [[фосфор]]а). Приложение обратного смещения к [[pn-переход|{{math|''p-n''}}-переходу]] обедняет чувствительную область детектора [[Носители заряда|носителями заряда]]. Попадание в эту область альфа-частицы, ионизирующей вещество, вызывает рождение нескольких миллионов электронно-дырочных пар, которые вызывают регистрируемый импульс тока с [[Амплитуда|амплитудой]], пропорциональной количеству родившихся пар и, соответственно, кинетической энергии поглощённой альфа-частицы. Поскольку обеднённая область имеет очень малую толщину, детектор чувствителен лишь к частицам с высокой плотностью ионизации (альфа-частицы, протоны, осколки деления, тяжёлые ионы) и малочувствителен к бета- и гамма-излучению.

== Воздействие на электронику ==
Вышеописанный механизм рождения электронно-дырочных пар альфа-частицей в полупроводниках может вызвать несанкционированное переключение полупроводникового триггера при попадании альфа-частицы с достаточной энергией на кремниевый чип. При этом единичный бит в памяти заменяется нулевым (или наоборот). Для уменьшения количества таких ошибок материалы, используемые в производстве микросхем, должны обладать низкой собственной альфа-активностью.

== Воздействие на человека ==
Альфа-частицы, образованные при распаде ядра, имеют начальную кинетическую энергию в диапазоне {{nobr|1,8—15 [[МэВ]]}}<ref>В некоторых случаях при альфа-распаде ядро, излучающее альфа-частицу, может вначале перейти в [[Изомерия атомных ядер|возбуждённое состояние]]. При этом энергия испускаемой альфа-частицы оказывается меньше, чем при переходе на основной уровень дочернего ядра, поскольку часть энергии остаётся в ядре. Возбуждённый уровень впоследствии распадается в основное состояние ядра, а энергия уносится гамма-квантом или передаётся электронам атомной оболочки (см. ''[[Внутренняя конверсия]]''). Однако вероятность перехода ядра при альфа-распаде на возбуждённый уровень, как правило, сильно подавлена, что связано с экспоненциальным уменьшением вероятности альфа-распада при уменьшении [[кинетическая энергия|кинетической энергии]] излучаемых альфа-частиц.</ref>. При движении альфа-частицы в веществе, она создаёт сильную [[Ионизация|ионизацию]] окружающих атомов, и в результате этого очень быстро теряет энергию. Энергии альфа-частиц, возникающих в результате [[радиоактивный распад|радиоактивного распада]], не хватает даже для преодоления мёртвого слоя [[Кожа|кожи]], поэтому радиационный риск при внешнем облучении такими альфа-частицами отсутствует. Внешнее альфа-облучение опасно для здоровья только в случае высокоэнергичных альфа-частиц (с энергией выше десятков МэВ), источником которых является [[ускоритель заряженных частиц|ускоритель]]. Однако проникновение альфа-активных [[радионуклид]]ов внутрь тела, когда облучению подвергаются непосредственно живые ткани организма, весьма опасно для здоровья, поскольку большая плотность ионизации вдоль трека частицы сильно повреждает [[биомолекулы]]. Считается<ref>{{книга |заглавие= Публикация 103 Международной Комиссии по радиационной защите (МКРЗ). Пер с англ.|ответственный=Под общей ред. М. Ф. Киселёва и Н. К. Шандалы|ссылка= |место= {{М.}}|издательство= Изд. ООО ПКФ «Алана»|год= 2009|страницы= 68—71|isbn=978-5-9900350-6-5|тираж=1000}}</ref>, что при равном энерговыделении ([[Поглощённая доза|поглощённой дозе]]) [[эквивалентная доза]], набранная при внутреннем облучении альфа-частицами с энергиями, характерными для радиоактивного распада, в [[Коэффициент качества|20 раз выше]], чем при облучении гамма- и рентгеновскими квантами. Однако [[линейная передача энергии]] высокоэнергичных альфа-частиц (с энергиями 200 МэВ и выше) значительно меньше, поэтому их [[Относительная биологическая эффективность ионизирующих излучений|относительная биологическая эффективность]] сравнима с таковой для гамма-квантов и [[Бета-частица|бета-частиц]].

Таким образом, опасность для человека при ''внешнем'' облучении могут представлять α-частицы с энергиями {{nobr|10 МэВ}} и выше, достаточными для преодоления омертвевшего рогового слоя кожного покрова. В то же время большинство исследовательских ускорителей α-частиц работает на энергиях ниже 3 МэВ<ref>{{Книга|автор={{s|Василенко О. И.}}, {{s|Ишханов Б. С.}}, {{s|Капитонов И. М.}}, {{s|Селиверстова Ж. М.}}, {{s|Шумаков А. В.}}|заглавие=РАДИАЦИЯ|место=М.|издательство= Изд-во Московского университета|год=1996}}</ref>.

Гораздо бо́льшую опасность для человека представляют α-частицы, возникающие при альфа-распаде радионуклидов, попавших ''внутрь'' организма (в частности, через [[Дыхательная система человека|дыхательные пути]] или [[пищеварительный тракт]])<ref name="bbc_29_Jan_2015">{{Cite web |url=http://www.bbc.co.uk/russian/uk/2015/01/150128_litvinenko_inquiry_2nd_day_pollonium |title=Би-Би-Си: «Суду рассказали, как в теле Литвиненко нашли полоний» |access-date=2015-01-29 |archive-date=2015-01-31 |archive-url=https://web.archive.org/web/20150131084605/http://www.bbc.co.uk/russian/uk/2015/01/150128_litvinenko_inquiry_2nd_day_pollonium |deadlink=no }}</ref>. Достаточно микроскопического количества α-радиоактивного вещества (например [[Полоний-210|полония-210]]), чтобы вызвать у пострадавшего [[острая лучевая болезнь|острую лучевую болезнь]], зачастую с [[смерть|летальным исходом]]<ref name="bbc_29_Jan_2015" />.

== См. также ==
{{кол}}
* [[Альфа-распад]]
* [[Бета-частица]]
* [[Гамма-излучение]]
* [[Гелион]]
* [[Нейтрон]]
* [[Ядерная реакция]]
{{кол|конец}}

== Примечания ==
{{примечания}}

== Литература ==
* {{Книга|автор={{s|Красавин Е. А.}}|заглавие=Проблемы ОБЭ и репарация ДНК|место=М.|год=1989}}

{{ВС}}
{{Частицы}}

{{Классификации частиц}}

[[Категория:Ядра изотопов гелия]]
[[Категория:Радиоактивность]]
[[Категория:Излучение]]
[[Категория:Бозоны]]