Particules alpha: découverte, caractéristiques, applications
Les particules alpha (ou particules α) sont des noyaux d'atomes d'hélium ionisés qui ont donc perdu leurs électrons. Les noyaux d'hélium sont composés de deux protons et de deux neutrons. Ensuite, ces particules ont une charge électrique positive dont la valeur est le double de la charge de l'électron, et sa masse atomique est de 4 unités de masse atomique.
Les particules alpha sont émises spontanément par certaines substances radioactives. Dans le cas de la Terre, le radon est la principale source naturelle d’émission de rayonnement alpha connue. Le radon est un gaz radioactif présent dans le sol, l'eau, l'air et dans certaines roches.
Découverte
C'est tout au long des années 1899 et 1900 que les physiciens Ernest Rutherford (qui a travaillé à l'Université McGill de Montréal, Canada) et Paul Villard (qui a travaillé à Paris) ont différencié trois types de radicación, nommés par Rutherford lui-même: alpha, bêta et gamma.
La distinction a été faite en fonction de sa capacité à pénétrer dans des objets et de leur déviation due à un champ magnétique. En vertu de ces propriétés, Rutherford a défini les rayons alpha comme ceux qui présentaient une capacité de pénétration inférieure dans les objets ordinaires.
Ainsi, les travaux de Rutherford incluaient des mesures du rapport entre la masse d'une particule alpha et sa charge. Ces mesures l’ont amené à établir l’hypothèse selon laquelle les particules alpha seraient des ions d’hélium doublement chargés.
Enfin, en 1907, Ernest Rutherford et Thomas Royds furent en mesure de démontrer que l'hypothèse établie par Rutherford était vraie, démontrant ainsi que les particules alpha étaient deux ions de l'hélium ionisés.
Caractéristiques
Certaines des caractéristiques principales des particules alpha sont les suivantes:
Masse atomique
4 unités de masse atomique; c'est-à-dire 6, 68 ± 10-27 kg.
Chargement
Positif, deux fois la charge de l'électron, ou ce qui est la même chose: 3.2 10-19 C.
La vitesse
De l'ordre de 1, 5 x 107 m / s à 3 x 107 m / s.
Ionisation
Ils ont une grande capacité à ioniser les gaz, les transformant en gaz conducteurs.
Énergie cinétique
Son énergie cinétique est très élevée en raison de sa grande masse et de sa vitesse.
Capacité de pénétration
Ils ont une faible capacité de pénétration. Dans l'atmosphère, ils perdent rapidement de la vitesse lorsqu'ils interagissent avec différentes molécules en raison de leur grande masse et de leur charge électrique.
Désintégration alpha
La désintégration alpha ou alpha est un type de désintégration radioactive consistant en l’émission d’une particule alpha.
Lorsque cela se produit, le noyau radioactif voit son nombre de masse réduit de quatre unités et son numéro atomique de deux unités.
En général, le processus est le suivant:
A Z X → A-4 Z-2 Y + 4 2 He
La désintégration alpha se produit normalement dans les noyaux plus lourds. Théoriquement, il ne peut apparaître que dans des noyaux quelque peu plus lourds que le nickel, dans lesquels l'énergie de liaison générale par nucléon n'est plus minimale.
Les noyaux les plus légers émettant des particules alpha connues sont les isotopes de masse de tellure inférieure. Ainsi, le tellure 106 (106Te) est l’isotope le plus léger dans lequel la désintégration alpha se produit dans la nature. Cependant, exceptionnellement, 8Be peut être décomposé en deux particules alpha.
Les particules alpha étant relativement lourdes et chargées positivement, leur libre parcours moyen est très court, elles perdent donc rapidement leur énergie cinétique à une courte distance de la source.
Désintégration alpha des noyaux d'uranium
Un cas très courant de désintégration alpha se produit dans l'uranium. L'uranium est l'élément chimique le plus lourd trouvé dans la nature.
Sous sa forme naturelle, l'uranium se présente sous trois isotopes: l'uranium 234 (0, 01%), l'uranium 235 (0, 71%) et l'uranium 238 (99, 28%). Le processus de désintégration alpha de l'isotope d'uranium le plus abondant est le suivant:
238 92 U → 234 90 Th +4 2 He
Helio
Tout l'hélium qui existe actuellement sur Terre a son origine dans les processus de désintégration alpha de différents éléments radioactifs.
Pour cette raison, on le trouve généralement dans des gisements minéraux riches en uranium ou en thorium. De même, il semble également associé aux puits d'extraction de gaz naturel.
Toxicité et risques pour la santé des particules alpha
En règle générale, le rayonnement alpha externe ne pose pas de risque pour la santé, car les particules alpha ne peuvent parcourir que quelques centimètres.
De cette manière, les particules alpha sont absorbées par les gaz présents dans seulement quelques centimètres d’air ou par la mince couche externe de peau morte d’une personne, évitant ainsi tout risque pour la santé des personnes.
Cependant, les particules alpha sont très dangereuses pour la santé en cas d'ingestion ou d'inhalation.
En effet, bien qu’ils aient un faible pouvoir de pénétration, leur impact est très important, car ce sont les particules atomiques les plus lourdes émises par une source radioactive.
Les applications
Les particules alpha ont différentes applications. Certains des plus importants sont les suivants:
- traitement du cancer.
- Élimination de l'électricité statique dans les applications industrielles.
- Utilisation dans les détecteurs de fumée.
- Source de carburant pour satellites et engins spatiaux.
- Source d'alimentation pour stimulateur cardiaque.
- Source d'alimentation pour les stations de capteurs distantes.
- Source d'énergie pour les appareils sismiques et océanographiques.
Comme on peut le constater, les particules alpha sont très souvent utilisées comme source d’énergie pour différentes applications.
De plus, l’une des principales applications des particules alpha est actuellement celle des projectiles dans la recherche nucléaire.
Tout d'abord, les particules alpha sont produites par ionisation (c.-à-d. En séparant les électrons des atomes d'hélium). Par la suite, ces particules alpha sont accélérées aux hautes énergies.
