α粒子质量 - 定义、数值、示例

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简介

辐射是以波或粒子的形式发射能量。这包括α粒子、β粒子以及γ粒子的发射。α粒子也称为α射线或α辐射。它包含两个质子和两个中子。

什么是α粒子？

α粒子是在铀、钍、镭和钚等放射性元素的α衰变过程中形成的。α粒子是带正电的粒子。α粒子可以表示为α或α²⁺。由于α粒子类似于氦核，它们也被表示为双电离氦核He²⁺。由于它们的双正电荷，它们具有很高的电离能力，但穿透深度较低。α衰变是一个衰变过程，其中母元素发射一个α粒子，从而衰变为不同的元素。例如，铀-238经历α衰变，发射α粒子并转化为钍-234。

$$\mathrm{{238}_{92}U\:\rightarrow\:4_2He+234_{90}Th}$$

由于铀在α衰变过程中发射α粒子，其质量数减少了四个单位，原子序数减少了两个单位。

α粒子的质量

由于α粒子类似于氦原子，其质量等于氦的质量。α粒子的质量为：

$$\mathrm{\alpha_m= 6.644657230(82)×10^{-27}\:Kg}$$

α粒子的特性

α粒子的参数	数值
组成	两个质子和两个中子
质量（公斤）	$\mathrm{\alpha_m= 6.644657230(82)×10^{-27}\:Kg}$
质量（amu）	4.001506179127(63)u
质量（eV）	3.727379378(23) GeV/c2
电荷	正电 (+2)
自旋	0
符号	$\mathrm{\alpha, \alpha^{2+}, He^{2+}}$
动能	$\mathrm{5\: MeV}$

表1：α粒子的特性

α粒子的基本特性

• α粒子的速度很高，范围为$\mathrm{1.4 \times 10^7 到 1.7 \times 10^7 m/s}$。

• 它们沿直线传播。

• 它们具有很强的电离能力。其电离能力是β射线的102倍，是γ射线的104倍。它们也可以电离生物分子。

• 它的电离能力很高，但穿透深度低。甚至一张纸就能阻挡它们。

• 由于α粒子的质量很大，其穿透能力很低。它是β射线穿透能力的1/1000，是γ射线穿透能力的1/100000。

• α粒子通过库仑力与物质相互作用。

• 即使它具有很高的电离能力，它也会很快损失其动能。因此，α粒子的射程很短。

• 它们会被电场和磁场偏转，这表明它们是带电粒子。

• α粒子会产生荧光和磷光。

• 由于它是正电荷，它会被吸引到负极板。

• α粒子会被像金这样的重元素散射。

• 它们会产生热效应。这种热效应是由于α粒子被阻止造成的。它们会影响照相底片，但影响很弱。

• α粒子的质量是氢原子的四倍。

α辐射的用途

癌症治疗

它用于医学领域的癌症治疗。镭-226被插入癌组织中。它会杀死癌细胞。但由于其穿透能力较弱，它不会影响人体细胞。

烟雾探测器

镅-241用于烟雾探测器中。进入探测器的烟雾会被镅-241电离，弹出的自由电子产生电流，从而触发警报。

航天器电源

卫星和航天器中使用的电池使用钚-238作为燃料来源进行充电。在**α衰变**过程中，通过转换电池产生的热量来产生电力。

起搏器电池

用于控制心跳的起搏器使用**钚-238**作为其电池的燃料。但由于其毒性和困难，它不再被使用。

静电消除器

在工业中，为了减少静电，使用**钋-210**。α衰变过程中产生的α粒子由于带正电而吸引电子。它降低了电位，从而降低了静电。它主要用于造纸厂。

海岸警卫队浮标

美国海岸警卫队使用来自锶-90的α辐射作为海洋浮标的燃料来源。在这里，α辐射也被用于为电池供能。

结论

α粒子起源于具有两个电子和两个质子结合在一起的放射性元素。这些粒子具有很高的电离能力，因此它们可以穿透物质。天然地，α粒子是由像U-238和R-226这样的放射性核素辐射出来的，人工地，它们是在反应堆中使用钚、锎等的放射性同位素产生的。α粒子在各种治疗中都有应用，例如癌症治疗、烟雾探测器、人工心脏起搏器、热电发电机等。由于其穿透深度低，它不能穿透皮肤，也不会受到影响。

常见问题

Q1. 如何检测α粒子？

A1. 带电粒子如α粒子可以使用多种方法进行检测。它们是：

• 电离室

• 闪烁计数器

• 半导体探测器

Q2. α粒子如何与物质相互作用？

A2. α衰变过程中发射的α粒子只传播很短的距离，但会在那里沉积其全部能量。因此，转移的能量很高。由于它带高度电荷，它具有从原子中去除电子的能量。这被称为电离。α粒子具有很高的电离能力。

Q3. 将α粒子的电离能力和穿透能力与β粒子γ粒子进行比较。

A3. α粒子具有很强的电离能力。其电离能力是β射线的10²倍，是γ射线的10⁴倍。它们也可以电离生物分子。

由于α粒子的质量很大，其穿透能力很低。它是β射线穿透能力的1/1000，是γ射线穿透能力的1/100000。

Q4. α衰变和α粒子是相同的吗？

A4. 否。α粒子是在α衰变过程中从放射性元素发射出来的粒子。α衰变是发射α粒子的过程。

Q5. α辐射会造成哪些健康影响？如何保护自己免受α辐射？

A5. α粒子具有很高的电离能力，但穿透深度较低。因此，它不能穿透外层皮肤，因此不会影响皮肤的外层。但是，如果α辐射被吸入或被人体吸收，它会影响内部器官。

如果吸入，它会到达肺部，并可能导致癌症。如果通过水摄入，它会到达肾脏，并可能导致肾脏疾病。大量接触α辐射可能导致DNA损伤。大量接触会导致急性辐射综合征。**α辐射防护**

为了避免这些健康影响，有三种可能的方法。通过减少接触α辐射的时间，与α辐射源保持较远的距离，以及设置屏蔽，可以降低这些健康危害。