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α射线

α射线亦称α粒子束,高速运动的氦原子核。α粒子由2个质子和2个中子组成。它的静止质量为6.64×10-27千克,带电量为3.20×10-19库。 物理学中用He表示α粒子或氦核。卢瑟福首先发现天然放射性是几种不同的射线。他把带正电的射线命名为α射线;带负电的射线命名为β射线。在以后的一系列实验中卢瑟福等人证实α粒子即是氦原子核。

即氦核。由两个质子及两个中子组成,并不带任何电子,亦即等同于氦-4的内核,或电离化后的氦-4,He2+

通常具有放射性而原子量较大的化学元素,会透过α衰变放射出α粒子,从而变成较轻的元素,直至该元素稳定为止。由于α粒子的体积比较大,又带两个正电荷,很容易就可以电离其他物质。因此,它的能量亦散失得较快,穿透能力在众多电离辐射中是最弱的,人类的皮肤或一张纸已能隔阻α粒子。但是它有很强的电离本领。

α射线,也称“甲种射线”。是放射性物质所放出的α粒子流。它可由多种放射性物质(如镭)发射出来。α粒子的动能可达4-9MeV。从α粒子在电场和磁场中偏转的方向,可知它们带有正电荷。由于α粒子的质量比电子大得多,通过物质时极易使其中的原子电离而损失能量,所以它能穿透物质的本领比β射线弱得多,容易被薄层物质所阻挡,但是它有很强的电离作用。从α粒子的质量和电荷的测定,确定α粒子就是氦的原子核。

α射线是一种带电粒子流,由于带电,它所到之处很容易引起电离。α射线有很强的电离本领,这种性质既可利用。也带来一定破坏性,对人体内组织破坏能力较大。由于其质量较大,穿透能力差,在空气中的射程只有几厘米,只要一张纸或健康的皮肤就能挡住。

卢瑟福1898年发现铀和铀的化合物所发出的射线有两种不同类型:一种是极易吸收的,他称之为α射线;另一种有较强的穿透能力,他称之为β射线。后来法国化学家维拉尔又发现具有更强穿透本领的第三种射线γ射线。由于组成α射线的α粒子带有巨大能量和动量,就成为卢瑟福用来打开原子大门、研究原子内部结构的有力工具。

卢瑟福用镭发射的α粒子作“炮弹”,用“闪烁法”观察被轰击的粒子的情况。1919年,终于观察到氮原子核俘获一个α粒子后放出一个氢核,同时变成了另一种原子核的结果,这个新生的原子核后来被证实为是氧17原子核。这是人类历史上第一次实现原子核的人工衰变,使古代炼金术士梦寐以求的把一种元素变成另一种元素的空想有可能成为现实。当时卢瑟福写了一本书就取名为《新炼金术》。

只释放出α粒子的放射性同位素在人体外部不构成危险。然而,释放α粒子的物质(镭、铀等等)一旦被吸入或注入,那将十分危险,它能直接破坏细胞内的DNA。

非弹性碰撞(inelastic impact) ,可引起介质原子电离(ionization)和激发(excitation),α粒子与原子的壳层电子发生库仑作用,使其获得能量。当电子获得足以克服原子核对他束缚的能量时,就能脱离原子而成为自由电子,形成了自由电子和正离子组成的电子对,这种现象称为电离(初级电离)。当这些自由电子的动能足够大(称为δ电子)时,还能引起其他原子的电离(次级电离)。外层电子束缚较松,因而被电离的概率较大,如果是内层电子被电离,留下的空穴会由外层电子填充而发射原子特征X射线,或称标识X射线(characteristic X-ray)。

如果在相互作用过程中,壳层电子获得的能量不足以使它脱离原子而成为自由电子,而仅仅使电子从低能级跃迁到高能级,使原子处于激发态,这种相互作用就称为激发。受激的原子随即发射出一定能量的X射线而回到基态。该激发能也可传递给核外电子,使该电子获得足够的能量逃离原子核的束缚而成为一个自由电子(即俄歇电子),此过程称为俄歇效应。

α粒子在物质中运动时,还会受到原子核及核外电子的库仑场与核力场的相互作用,从而改变其运动方向,这种现象称之为散射。根据散射前后α粒子和散射核的总动能是否守恒可分为弹性散射和非弹性散射。

α粒子可以与核外电子发生弹性碰撞(elastic impact/collision),要求α粒子传递给核外电子的能量小于其最低激发能;α粒子也可与原子核发生弹性碰撞,α粒子损失能量,而原子核获得动能发生反冲,引起晶格原子位移形成缺陷,即引起辐射损伤。称为核碰撞能量损失或从吸收介质的作用来讲称为核阻止。

核反应(nuclear reaction):α粒子引起核反应的概率相当小,它与Be、B、F、Li、Na、O等元素相互作用发生(α,n)反应时将产生中子,这是目前制备同位素中子源的主要方法。

库仑激发(Coulomb excitation):α粒子与原子核之间的库仑相互作用可能引起介质原子核从基态跃迁到激发态,称为库仑激发。


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