26-4 Lúče alfa, beta a gama

26-4 Lúče alfa, beta a gama

Vyzbrojení s pár znalosťami 20-ho storočia, my sme schopní ľahšie pochopiť nerozlúštiteľné problémy, pred ktorými stáli výskumníci na začiatku. Becquerel a jeho nasledovníci stáli bezradne, a nevedeli zistiť, že žiarenie nie čistej izotopickej zmesi rádioaktívnych prvkov sa skladá z troch zložiek.

Je jednoduché – aspoň teoreticky – oddeliť od seba tri zložky rádioaktívneho žiarenia vzorky, ktorá obsahuje zmes rádioaktívnych prvkov. Ak do bloku olova vyvŕtame malý hlboký otvor a malé množstvo skúmanej látky vložíme na dno otvoru – nakoľko olovo pohltí veľmi účinne všetky druhy žiarenia – cez úzky otvor vystupuje dobre obmedzený lúč žiarenia (obr. 26.2). Ak lúč prejde silným elektrickým poľom elektricky nabitých rovnobežných dosiek, ako ukazuje aj obrázok, rozdelí sa na tri zložky. Rovnaké rozdelenie nastane, pokiaľ lúč vedieme namiesto elektrického poľa magnetickým poľom, ktoré je kolmé na lúč. Výskumníci, nevediac nič bližšieho o žiarení, zložky žiarenia označili prvými tromi písmenami gréckej abecedy: lúč alfa (α), lúč beta (β) a lúč gama (γ).

Na základe správania sa lúčov v poliach sa javilo, že alfa žiarenie sa skladá z  kladne nabitých častíc, beta žiarenie zo záporne nabitých častíc a gama žiarenia sa skladajú buď z elektricky neutrálnych častíc, alebo z elektromagnetického žiarenia. Zakrátko sa to aj potvrdilo.

Obr. 26.2: Rozdelenie lúčov alfa, beta a gamma; žiarenie prechádza elektrickým poľom. Rovnaké rozdelenie je možné dosiahnuť aj magnetickým poľom.

O alfa žiarení Rutherford ukázal, že sa skladá z  jadier hélia, ktoré nazývame častice alfa. Az atómovej hmotnosti hélia vidíme, že v ňom musia byť 2 protóny a 2 = 4 − 2 neutróny, teda 4 nukleóny. Ak jadro vyžiari časticu alfa, stratí 4 nukleóny, a jeho atómová hmotnosť sa zníži o 4, a nakoľko zo štvorice nukleónov sú 2 protóny, jeho atómové číslo (protónové číslo) sa zmenší o 2, inými slovami dôjde k premene prvku!

O žiarení beta sa zistilo, že pozostáva z  energetických, rýchlo sa pohybujúcich elektrónov. Nie je možné badať žiadny rozdiel medzi elektrónmi vylietajúcimi z jadra atómu a dobre známymi elektrónmi elektrónového obalu atómu. To sme už spomenuli, že v jadre sa nemôže nachádzať elektrón: ako je potom možné, že jadro vyžiari elektrón, keď tam ani nie je? Odpoveď na to je, že elektrón vzniká v okamihu, keď sa vyžiari z jadra (pri jeho emisii). Hmotu elektrónu, ktorej hmotnosť je 9,11 × 10−31 kg, môže vytvoriť energia (v zmysle Einsteinovej relácie E = mc2) veľkosti (9,11 × 10−31 kg)(3 × 108 m/s)2 = 8,20 × 10−14 J. Nakoľko elektrón má náboj „− e“, môže nám napadnúť, že v  neutróne je elektrický náboj + e aj − e. Ak elektrón odnesie náboj − e, potom neutrón sa premení na nukleón s nábojom + e, teda na protón. Vyžiarením beta častice sa atómová hmotnosť prvku nezmení, ale atómové číslo vzrastie o  1.

Žiarenie gama je elektromagnetickým žiarením (zväzkom 0fotónov), ktoré sa emituje spolu s alfa a beta časticami. Vyžiarením gama lúčov sa nezmení atómová hmotnosť ani atómové číslo prvku.