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α射線（高速運(yùn)動(dòng)的氦原子核）

次瀏覽 | 更新時(shí)間：2023-05-22

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α射線

高速運(yùn)動(dòng)的氦原子核

α射線亦稱α粒子束，高速運(yùn)動(dòng)的氦原子核。α粒子由2個(gè)質(zhì)子和2個(gè)中子組成。它的靜止質(zhì)量為6.64×10-27千克，帶電量為3.20×10-19庫。物理學(xué)中用He表示α粒子或氦核。盧瑟福首先發(fā)現(xiàn)天然放射性是幾種不同的射線。他把帶正電的射線命名為α射線；帶負(fù)電的射線命名為β射線。在以后的一系列實(shí)驗(yàn)中盧瑟福等人證實(shí)α粒子即是氦原子核。

基本信息

中文名	α射線
外文名	α ray
發(fā)現(xiàn)時(shí)間	1898年
發(fā)現(xiàn)者	歐內(nèi)斯特·盧瑟福
實(shí)質(zhì)	高速運(yùn)動(dòng)的氦原子核

簡介

α粒子

即氦核。由兩個(gè)質(zhì)子及兩個(gè)中子組成，并不帶任何電子，亦即等同于氦的內(nèi)核，或電離化后的氦，He。

通常具有放射性而原子量較大的化學(xué)元素，會(huì)透過α衰變放射出α粒子，從而變成較輕的元素，直至該元素穩(wěn)定為止。由于α粒子的體積比較大，又帶兩個(gè)正電荷，很容易就可以電離其他物質(zhì)。因此，它的能量亦散失得較快，穿透能力在眾多電離輻射中是最弱的，人類的皮膚或一張紙已能隔阻α粒子。但是它有很強(qiáng)的電離本領(lǐng)。

α射線實(shí)質(zhì)

α射線，也稱“甲種射線”。是放射性物質(zhì)所放出的α粒子流。它可由多種放射性物質(zhì)（如鐳）發(fā)射出來。α粒子的動(dòng)能可達(dá)4-9MeV。從α粒子在電場和磁場中偏轉(zhuǎn)的方向，可知它們帶有正電荷。由于α粒子的質(zhì)量比電子大得多，通過物質(zhì)時(shí)極易使其中的原子電離而損失能量，所以它能穿透物質(zhì)的本領(lǐng)比β射線弱得多，容易被薄層物質(zhì)所阻擋，但是它有很強(qiáng)的電離作用。從α粒子的質(zhì)量和電荷的測定，確定α粒子就是氦的原子核。

α射線是一種帶電粒子流，由于帶電，它所到之處很容易引起電離。α射線有很強(qiáng)的電離本領(lǐng)，這種性質(zhì)既可利用。也帶來一定破壞性，對人體內(nèi)組織破壞能力較大。由于其質(zhì)量較大，穿透能力差，在空氣中的射程只有幾厘米，只要一張紙或健康的皮膚就能擋住。

發(fā)現(xiàn)

盧瑟福1898年發(fā)現(xiàn)鈾和鈾的化合物所發(fā)出的射線有兩種不同類型：一種是極易吸收的，他稱之為α射線；另一種有較強(qiáng)的穿透能力，他稱之為β射線。后來法國化學(xué)家維拉爾又發(fā)現(xiàn)具有更強(qiáng)穿透本領(lǐng)的第三種射線γ射線。

由于組成α射線的α粒子帶有巨大能量和動(dòng)量，就成為盧瑟福用來打開原子大門、研究原子內(nèi)部結(jié)構(gòu)的有力工具。

盧瑟福用鐳發(fā)射的α粒子作“炮彈”，用“閃爍法”觀察被轟擊的粒子的情況。1919年，終于觀察到氮原子核俘獲一個(gè)α粒子后放出一個(gè)氫核，同時(shí)變成了另一種原子核的結(jié)果，這個(gè)新生的原子核后來被證實(shí)為是氧17原子核。這是人類歷史上第一次實(shí)現(xiàn)原子核的人工衰變，使古代煉金術(shù)士夢寐以求的把一種元素變成另一種元素的空想有可能成為現(xiàn)實(shí)。當(dāng)時(shí)盧瑟福寫了一本書就取名為《新煉金術(shù)》。

危害

只釋放出α粒子的放射性同位素在人體外部不構(gòu)成危險(xiǎn)。然而，釋放α粒子的物質(zhì)(鐳、鈾等等)一旦被吸入或注入，那將十分危險(xiǎn)，它能直接破壞細(xì)胞內(nèi)的DNA。

相互作用

非彈性

非彈性碰撞(inelastic impact) ，可引起介質(zhì)原子電離(ionization)和激發(fā)(excitation)，α粒子與原子的殼層電子發(fā)生庫侖作用，使其獲得能量。當(dāng)電子獲得足以克服原子核對他束縛的能量時(shí)，就能脫離原子而成為自由電子，形成了自由電子和正離子組成的電子對，這種現(xiàn)象稱為電離（初級電離）。當(dāng)這些自由電子的動(dòng)能足夠大（稱為δ電子）時(shí)，還能引起其他原子的電離（次級電離）。外層電子束縛較松，因而被電離的概率較大，如果是內(nèi)層電子被電離，留下的空穴會(huì)由外層電子填充而發(fā)射原子特征X射線，或稱標(biāo)識(shí)X射線(characteristic X-ray)。

如果在相互作用過程中，殼層電子獲得的能量不足以使它脫離原子而成為自由電子，而僅僅使電子從低能級躍遷到高能級，使原子處于激發(fā)態(tài)，這種相互作用就稱為激發(fā)。受激的原子隨即發(fā)射出一定能量的X射線而回到基態(tài)。該激發(fā)能也可傳遞給核外電子，使該電子獲得足夠的能量逃離原子核的束縛而成為一個(gè)自由電子（即俄歇電子），此過程稱為俄歇效應(yīng)。

彈性

α粒子在物質(zhì)中運(yùn)動(dòng)時(shí)，還會(huì)受到原子核及核外電子的庫侖場與核力場的相互作用，從而改變其運(yùn)動(dòng)方向，這種現(xiàn)象稱之為散射。根據(jù)散射前后α粒子和散射核的總動(dòng)能是否守恒可分為彈性散射和非彈性散射。

α粒子可以與核外電子發(fā)生彈性碰撞(elastic impact/collision)，要求α粒子傳遞給核外電子的能量小于其最低激發(fā)能；α粒子也可與原子核發(fā)生彈性碰撞，α粒子損失能量，而原子核獲得動(dòng)能發(fā)生反沖，引起晶格原子位移形成缺陷，即引起輻射損傷。稱為核碰撞能量損失或從吸收介質(zhì)的作用來講稱為核阻止。

核反應(yīng)及庫侖

核反應(yīng)(nuclear reaction)：α粒子引起核反應(yīng)的概率相當(dāng)小，它與Be、B、F、Li、Na、O等元素相互作用發(fā)生(α，n)反應(yīng)時(shí)將產(chǎn)生中子，這是目前制備同位素中子源的主要方法。

庫侖激發(fā)(Coulomb excitation)：α粒子與原子核之間的庫侖相互作用可能引起介質(zhì)原子核從基態(tài)躍遷到激發(fā)態(tài)，稱為庫侖激發(fā)。

最新動(dòng)態(tài)

2022年1月21日消息，阿爾法射線在腫瘤治療中的潛力日益受到科學(xué)家和醫(yī)生們的重視。同濟(jì)大學(xué)核醫(yī)學(xué)研究所余飛教授團(tuán)隊(duì)研究發(fā)現(xiàn)，阿爾法射線除了高效殲滅腫瘤細(xì)胞之外，還可以顯著提高機(jī)體的免疫活力，激活自身免疫系統(tǒng)。這意味著，阿爾法射線能夠高效地促進(jìn)抗腫瘤免疫應(yīng)答，具有從免疫途徑發(fā)揮更強(qiáng)大抗腫瘤效應(yīng)的潛力。

參考資料

[1]

中國醫(yī)學(xué)專家發(fā)現(xiàn)阿爾法射線可“祛邪扶正” 有望造福晚期癌癥患者 · 中新網(wǎng)[引用日期2022-11-22]

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