Neben Betateilchen, Gammastrahlen, und Neutronen, Alphateilchen sind eine Art von Strahlung, auch Alphastrahlung genannt. Wie bei den meisten Formen von Strahlung werden Alphateilchen von radioaktiven Elementen emittiert.
Alpha-Partikel sind im Vergleich zu ihren Begleitern relativ schwer und langsam, daher stellen sie für den Menschen nur eine geringe Gefahr dar, wenn sie nicht eingenommen werden.
Sie werden jedoch häufig in der Forschung verwendet – Alphateilchen waren entscheidend für Ernest Rutherfords Entdeckung des Atomkerns, die die Grundlage seines Atommodells bildete.
Was sind Alphateilchen?
Alphateilchen sind positiv geladene Teilchen, die aus zwei Protonen, zwei Neutronen und Null bestehen Elektronen. Die Masse eines einzelnen Partikels beträgt 4 amu (6,642 × 10 –4 g), gemäß Britannia Alphateilchen werden von schweren radioaktiven Elementen (sowohl natürlich vorkommenden als auch von Menschenhand) emittiert, einschließlich Uran, Radium und Plutonium. Aus diesem Grund werden diese Elemente auch als Alphastrahler bezeichnet.
Ein Alpha-Partikel wird üblicherweise durch das Symbol α dargestellt, dem griechischen Buchstaben Alpha, nach dem das Partikel benannt ist. Es war die erste Art von Kernstrahlung, die entdeckt wurde, vor Betateilchen und Gammastrahlen. Da ein Alpha-Teilchen jedoch mit dem Kern eines Helium-4-Atoms identisch ist, wird es manchmal als He2+ dargestellt, also als doppelt ionisiertes Helium-4-Atom.
Rutherfords Goldfolienexperiment erklärt
Zwischen 1898 und 1899 stellte der Physiker Ernest Rutherford, der Radioaktivität an der Cambridge University in England studierte, fest, dass es dort mindestens zwei Arten von Strahlung, die er Alpha und Beta nannte. Das Alpha-Teilchen würde zu seiner Entdeckung des Atomkerns führen – und ihm helfen, das Rutherford-Atommodell zu entwickeln, eine radikale Veränderung im Verständnis der Menschheit Atome.
1911 wurde Rutherford offiziell veröffentlicht ein Papier Er erklärte die Existenz eines positiv geladenen Kerns im Zentrum eines Atoms (obwohl er ihn zu diesem Zeitpunkt nicht offiziell als Kern bezeichnete). Seit 1907 führten Rutherford, Hans Geiger und Ernest Marsden u. a Reihe von Coulomb-Streuexperimenten an der Universität Manchester in England. Bei diesen Experimenten wurden Alpha-Partikel auf dünne Goldfolie geschossen und dann beobachtet, wo diese Partikel mit der Folie kollidierten.
Zu dieser Zeit war JJ Thompsons „Plum Pudding“-Atommodell die vorherrschende Theorie der Atomstruktur – es schlug vor, dass Atome perfekte Kugeln aus positiv geladenem Material waren, in denen negative Elektronen mit relativ gleichmäßiger Verteilung herumschwebten.
Wenn dieses Modell wahr wäre, wären Alphateilchen in Rutherfords Coulomb-Experimenten durch die Folie hindurchgegangen. Aber Rutherford und seine Kollegen beobachteten, dass einige der Alpha-Partikel in verschiedene Richtungen von der Folie abprallten. Rutherford stellte dann die Theorie auf, dass Atome einen dichten Kern haben, der von umkreisenden Elektronen umgeben ist – die Alpha-Teilchen gingen durch den Raum zwischen den Elektronen und prallten vom Kern ab.
Was ist Alpha-Zerfall und wie entsteht er?
Alpha-Zerfall ist der Prozess, bei dem Alphateilchen entstehen, so Britannica. Instabile radioaktive Elemente, sogenannte Radionuklide, geben Partikel aus ihren Kernen ab, um stabiler zu werden und sich vom ursprünglichen Element in ein neues umzuwandeln. Diese Emissionen sind Strahlung – im Falle des Alpha-Zerfalls werden Alpha-Teilchen von den Kernen schwerer radioaktiver Elemente emittiert.
Alphastrahlungsladung und Durchschlagskraft
Alphastrahlung hat eine positive Ladung von zwei. Von den Hauptstrahlungsarten sind Alphateilchen die schwersten und langsamsten, mit einer Masse von 4 amu und Ausstoßgeschwindigkeiten von ungefähr 12.400 Meilen pro Sekunde (20.000.000 km pro Sekunde). Australische Agentur für Strahlenschutz und nukleare Sicherheit.
Obwohl Alphateilchen sehr energiereich sind, verbrauchen sie den größten Teil dieser Energie unmittelbar nach der Emission, sodass sie sich nicht weiter als höchstens ein paar Zentimeter bewegen. Sie haben auch eine extrem geringe Durchdringungskraft – sie können die Epidermis oder äußere Hautschicht eines Menschen nicht durchdringen. Schon ein Stück Papier reicht aus, um ein Alphateilchen zu blockieren gemäß dem United States Nuclear Regulatory Committee.
Verwendung von Alphastrahlung
Kommerziell ist Alphastrahlung hauptsächlich verwendet in Rauchmeldern (Rauch reduziert die Alpha-Partikel im Melder und löst den Alarm aus) und Antistatika (Alpha-Ionisatoren).
Es gibt auch laufende Forschung in die Entwicklung einer Alpha-Partikel-Therapie zur Behandlung von Krebs – klinische Studien haben einige Erfolge bei der Behandlung von metastasierendem, kastrationsresistentem Prostatakrebs gezeigt. Für Forschungszwecke werden Alphateilchen als Projektile verwendet, wie im Fall von Rutherfords Goldfolienexperiment.
Gefahren durch Alphastrahlung
Äußerlich ist Alphastrahlung aufgrund ihrer geringen Durchdringungskraft für den Menschen nicht gefährlich; Alpha-Partikel können nicht in Ihre Haut eindringen. Sie können jedoch verursachen Schäden an Ihrer Hornhaut.
Die eigentliche Gefahr tritt im Inneren des Körpers auf. Wenn ein Alphastrahler (d. h. ein radioaktives Element) durch Verschlucken, Einatmen, eine Wunde oder auf andere Weise in Ihren Körper eindringt, kann lebendem Gewebe im Inneren großer Schaden zugefügt werden.
Zusätzliche Ressourcen
Lesen Sie hier mehr über Rutherfords Arbeit mit Alphateilchen Online-Ausstellung vom Zentrum für Geschichte des American Institute of Physics. Sie können auch mehr über ihn erfahren Biographie Seite von der Nobelstiftung – Rutherford wurde 1908 der Nobelpreis für Chemie „für seine Untersuchungen über den Zerfall der Elemente und die Chemie radioaktiver Substanzen“ verliehen.
Literaturverzeichnis
Australische Agentur für Strahlenschutz und nukleare Sicherheit (ARPANSA), “Alpha-Teilchen.”
Britisch, “Alpha-Zerfall.”
Britannia“Alpha-Teilchen.”
Vereinigte Staaten Umweltschutzbehörde (EPA), „Grundlagen der Strahlung“.
Nuklearaufsichtsbehörde der Vereinigten Staaten (USNRC), “Strahlungsgrundlagen.”
Zentrum für Geschichte, American Institute of Physics, “Rutherfords nukleare Welt.”