Что представляет собой а частица

Что такое Альфа частица?

Альфа частица представляет собой положительно заряженную частицу в ядерной физике, которая образуется при распаде ядер и имеет два протона и два нейтрона. Поток таких частиц принято называть альфа излучением.

Открытие в ядерной физике

Впервые о данном явлении упомянул ученый Э. Резерфорд еще вначале XX в., который в числе первых предположил наличие бета, гамма и, конечно же, альфа частиц, провел много опытов превращения ядер азота в ядра кислорода. Среди нескольких видов излучений, альфа излучение наиболее безопасное для живых существ.

Основные характеристики

Альфа частица выглядит как симметричный объект в виде сферы, при радиусе приблизительно 2·10 -13 см. Что касается ее массы, то это — 6.6·10 -27 кг. Скорость ее передвижения довольно низкая, при выхождении из ядра, она способна перемещаться еще некоторое расстояние, затем останавливается.

При близком контакте с кожей человека она способна проникнуть на расстояние всего нескольких микрон. Это объясняется процессом ионизации, при котором поток отдает большую часть своей первоначальной энергии.

Взаимодействие альфа излучения с различными веществами

Частицы, образующие альфа излучение, являются довольно тяжелыми, вследствие чего у них небольшая скорость. Также, стоит отметить, что большое количество своей энергии они передают поглотителю при малой скорости, при этом образуется большое количество пар ионов. Для примера рассматривается частица со скоростью 20 мм/с которая способна образовать в воздухе приблизительно сто тысяч пар ионов.

Влияние на живые организмы

Альфа-распад атомного ядра

Внешняя проникающая способность данного излучения небольшая, может вполне задерживаться слоем бумаги. При малом внешнем воздействии возможно развитие злокачественных образований и нарушение правильного обмена веществ. Однако, при таком виде подвержены поражению слизистые участки тела и глаза, которые не поддаются дальнейшему излечению.

В процессе большого количества исследований, ученые пришли к выводу, что альфа частицы при попадании в живой организм с помощью пищи, воды и воздуха могут принести поистине катастрофические разрушения, поскольку они полностью сжигают живой организм изнутри. Особенно опасными признаны альфа частицы плутония 239, которые активно накапливаются в почках, печени, легких, селезенке и приводят к тяжелой форме лучевой болезни, затем и к скорому летальному исходу.

Альфа-частица — Alpha particle

Альфа-частицы, также называемые альфа-лучами или альфа-излучением, состоят из двух протонов и два нейтрона, связанных вместе в частицу, идентичную ядру гелия-4 . Обычно они образуются в процессе альфа-распада, но также могут быть получены другими способами. Альфа-частицы названы по первой букве греческого алфавита, α. Символ альфа-частицы — α или α. Поскольку они идентичны ядрам гелия, их также иногда пишут как He. или. 2He., указывая на ион гелия с зарядом +2 (без двух его электронов). Если ион получает электроны из окружающей среды, альфа-частица становится нормальным (электрически нейтральным) атомом гелия. 2He.

Альфа-частицы, как и ядра гелия, имеют нулевой чистый спин. Из-за механизма их образования при стандартном альфа радиоактивном распаде, альфа-частицы обычно имеют кинетическую энергию около 5 МэВ и скорость около 4% от скорость света. (См. Ниже обсуждение пределов этих цифр в альфа-распаде.) Они представляют собой сильно ионизирующую форму излучения частиц, и (в результате радиоактивного альфа-распада ) обычно имеют низкую глубину проникновения (ограниченную несколькими сантиметрами воздуха или кожей ).

Однако так называемые альфа-частицы дальнего действия из тройного деления в три раза более энергичны и проникают в три раза дальше. Ядра гелия, которые образуют 10–12% космических лучей, также обычно имеют гораздо более высокую энергию, чем те, которые образуются в процессах ядерного распада, и, таким образом, обладают высокой проникающей способностью и способны проходить через человеческое тело, а также многие метры плотной твердой защиты в зависимости от их энергии. В меньшей степени это верно и для ядер гелия очень высоких энергий, произведенных на ускорителях частиц.

Содержание

• 1 Название
• 2 Источники альфа-частиц
  • 2.1 Альфа-распад
    • 2.1.1 Механизм образования при альфа-распаде

    Некоторые научные авторы используют дважды ионизированные ядра гелия (He.) и альфа-частицы как взаимозаменяемые термины. Номенклатура плохо определена, и, таким образом, не все высокоскоростные ядра гелия считаются всеми авторами альфа-частицами. Как и в случае с частицами / лучами бета и гамма, название, используемое для частицы, несет некоторые мягкие коннотации о процессе ее производства и энергии, но они не применяются строго. Таким образом, альфа-частицы можно свободно использовать как термин, когда речь идет о реакциях звездного гелия (например, альфа-процессы ), и даже когда они встречаются как компоненты космических лучей. Версия альфа-альфа с более высокой энергией, чем при альфа-распаде, является обычным продуктом необычного ядерного деления результата, называемого тройным делением. Однако ядра гелия, произведенные ускорителями частиц (циклотроны, синхротроны и т.п.), с меньшей вероятностью будут называться «альфа-частицами».

    Источники альфа-частиц

    Альфа-распад

    Физик наблюдает альфа-частицы от распада источника полония в камере Вильсона Альфа-излучение, обнаруженное в изопропаноле камера Вильсона (после инъекции искусственного источника радона-220).

    Самый известный источник альфа-частиц — альфа-распад более тяжелых (>106 u атомный вес) атомов. Когда атом испускает альфа-частицу в альфа-распаде, массовое число атома уменьшается на четыре из-за потери четырех нуклонов в альфа-частице. Атомный номер атома уменьшается ровно на два, в результате потери двух протонов атом становится новым элементом. Примеры такого рода ядерной трансмутации : когда уран становится торием, или радий становится радоном газом, из-за к альфа-распаду.

    Альфа-частицы обычно испускаются всеми более крупными радиоактивными ядрами, такими как уран, торий, актиний, и радий, а также трансурановые элементы. В отличие от других типов распада, альфа-распад как процесс должен иметь атомное ядро ​​минимального размера, которое может его поддерживать. Наименьшие ядра, которые, как было установлено на сегодняшний день, способны к альфа-излучению, — это бериллий-8 и самые легкие нуклиды теллура (элемент 52) с массой числа от 104 до 109. Процесс альфа-распада иногда оставляет ядро ​​в возбужденном состоянии, при этом испускание гамма-излучения затем удаляет избыток энергии.

    Механизм образования в альфа-распаде

    В отличие от бета-распада, фундаментальные взаимодействия, ответственные за альфа-распад, представляют собой баланс между электромагнитной силой и ядерной силой.. Альфа-распад является результатом кулоновского отталкивания между альфа-частицей и остальной частью ядра, которые оба имеют положительный электрический заряд, но сдерживаются ядерной сила. В классической физике альфа-частицы не обладают достаточной энергией, чтобы покинуть потенциальную яму от сильного взаимодействия внутри ядра (эта яма включает в себя уход от сильного взаимодействия, чтобы подняться на одну сторону ну, за которым следует электромагнитная сила, вызывающая отталкивание с другой стороны).

    Однако эффект квантового туннелирования позволяет альфам ускользать, даже если у них недостаточно энергии для преодоления ядерной силы. Это допускается волновой природой материи, которая позволяет альфа-частице проводить некоторое время в области, настолько далекой от ядра, что потенциал отталкивающей электромагнитной силы полностью компенсирует притяжение ядерной силы. С этого момента альфа-частицы могут улетать, и в квантовой механике они убегают через определенное время.

    Тройное деление

    Альфа-частицы с особой энергией, полученные в результате ядерного процесса, образуются в относительно редком (один из нескольких сотен) ядерном делении процессе тройного деление. В этом процессе из события образуются три заряженные частицы вместо обычных двух, причем наименьшая из заряженных частиц, наиболее вероятно (с вероятностью 90%), является альфа-частицей. Такие альфа-частицы называют «альфа-частицами дальнего действия», поскольку при их типичной энергии 16 МэВ они имеют гораздо более высокую энергию, чем когда-либо производились в результате альфа-распада. Тройное деление происходит как при нейтронно-индуцированном делении (ядерная реакция, которая происходит в ядерном реакторе), так и при делящихся и делящихся актинидах нуклиды (т. Е. Тяжелые атомы, способные к делению) подвергаются спонтанному делению как форма радиоактивного распада. Как в индуцированном, так и в спонтанном делении более высокие энергии, доступные в тяжелых ядрах, приводят к дальнодействующим альфа с более высокой энергией, чем у альфа-распада.

    Ускорители

    Энергичные ядра гелия могут быть получены с помощью циклотронов, синхротронов и других ускорителей частиц, но они обычно не называются «альфа-частицами».

    Реакции в ядре Солнца

    Как уже отмечалось, ядра гелия могут участвовать в ядерных реакциях в звездах, а иногда и исторически они назывались альфа-реакциями (см., например, тройной альфа-процесс ).

    Космические лучи

    Кроме того, ядра гелия с чрезвычайно высокой энергией, иногда называемые альфа-частицами, составляют от 10 до 12% космических лучей. Механизмы образования космических лучей продолжают обсуждаться.

    Энергия и поглощение

    Энергия альфа-частицы, испускаемой при альфа-распаде, слабо зависит от периода полураспада для процесса эмиссии с разницей на многие порядки величин. в период полураспада, связанный с изменениями энергии менее 50%.

    Энергия испускаемых альфа-частиц варьируется, при этом альфа-частицы с более высокой энергией испускаются из более крупных ядер, но большинство альфа-частиц имеют энергию от 3 до 7 МэВ (мегаэлектронвольт), соответствующие чрезвычайно долгому и очень короткому периоду полураспада альфа-излучающих нуклидов соответственно.

    С типичной кинетической энергией 5 МэВ; скорость испускаемых альфа-частиц составляет 15 000 км / с, что составляет 5% от скорости света. Эта энергия является значительным количеством энергии для отдельной частицы, но их высокая масса означает, что альфа-частицы имеют более низкую скорость, чем любой другой распространенный тип излучения, например β-частицы, нейтроны.

    Благодаря своему заряду и большой массе альфа-частицы легко поглощаются материалами, и они могут перемещаться по воздуху всего на несколько сантиметров. Они могут абсорбироваться папиросной бумагой или внешними слоями кожи человека. Обычно они проникают через кожу на глубину примерно 40 микрометров, что эквивалентно нескольким клеткам.

    Биологические эффекты

    Из-за небольшого диапазона поглощения и невозможности проникновения через внешние слои кожи, альфа-частицы, как правило, не опасны для жизни, если их источник не проглатывается или не вдыхается. Из-за этой большой массы и сильного поглощения, если альфа-излучающие радионуклиды попадают в организм (при вдыхании, проглатывании или инъекции, как при использовании Thorotrast для получения высококачественных рентгеновских изображений до 1950-е гг.), альфа-излучение является наиболее разрушительной формой ионизирующего излучения. Он наиболее ионизирующий и при достаточно больших дозах может вызывать любые или все симптомы радиационного отравления. Подсчитано, что повреждение хромосомы альфа-частицами в 10–1000 раз больше, чем повреждение, вызванное эквивалентным количеством гамма- или бета-излучения, при этом среднее значение установлено в 20 раз. Исследование европейских ядерщиков, подвергшихся внутреннему воздействию альфа-излучения плутония и урана, показало, что, когда относительная биологическая эффективность считается равной 20, канцерогенный потенциал (с точки зрения рака легких) альфа-излучения, по-видимому, согласуется с сообщенным для доз внешнее гамма-излучение, т.е. заданная доза вдыхаемых альфа-частиц, представляет такой же риск, как и доза гамма-излучения, в 20 раз превышающая ее. Предполагается, что мощный альфа-излучатель полоний-210 (миллиграмм Po испускает столько же альфа-частиц в секунду, как 4,215 грамма Ra ) играет роль в раке легких и рак мочевого пузыря, связанный с курением табака.По использовалось для убийства российского диссидента и бывшего сотрудника ФСБ Александра В. Литвиненко в 2006 году.

    При проглатывании изотопов, излучающих альфа-частицы, они намного опаснее, чем можно было бы предположить по их периоду полураспада или скорости распада, из-за высокой относительной биологической эффективности альфа-излучения, чтобы вызвать биологический ущерб. Альфа-излучение в среднем примерно в 20 раз опаснее, а в экспериментах с вдыхаемыми альфа-излучателями до 1000 раз опаснее, чем эквивалентная активность бета-излучения или гамма-излучения радиоизотопов.

    История открытия и использования

    Альфа-излучение состоит из ядра гелия-4 и легко блокируется листом бумаги. Бета-излучение, состоящее из электронов, задерживается алюминиевой пластиной. Гамма-излучение в конечном итоге поглощается, проникая в плотный материал. Свинец хорошо поглощает гамма-излучение благодаря своей плотности. Альфа-частица отклоняется магнитным полем Рассеивание альфа-частиц на тонком металлическом листе

    В 1899 году физики Эрнест Резерфорд (работает в Университете Макгилла в Монреале, Канада) и Пол Виллар (работает в Париже) разделили излучение на три типа: в конечном итоге Резерфорд назвал его альфа, бета и гамма о проникновении предметов и отклонении магнитным полем. Альфа-лучи были определены Резерфордом как лучи с наименьшим проникновением среди обычных объектов.

    Работа Резерфорда также включала измерения отношения массы альфа-частицы к ее заряду, что привело его к гипотезе о том, что альфа-частицы были двухзарядными ионами гелия (позже выяснилось, что это голые ядра гелия). В 1907 году Эрнест Резерфорд и Томас Ройдс наконец доказали, что альфа-частицы действительно являются ионами гелия. Для этого они позволили альфа-частицам проникнуть через очень тонкую стеклянную стенку откачанной трубки, таким образом захватив большое количество предполагаемых ионов гелия внутри трубки. Затем они вызвали электрическую искру внутри трубки, которая обеспечила поток электронов, которые были захвачены ионами с образованием нейтральных атомов газа. Последующее изучение спектров образовавшегося газа показало, что это был гелий и что альфа-частицы действительно были предполагаемыми ионами гелия.

    Поскольку альфа-частицы встречаются в природе, но могут иметь энергию, достаточно высокую, чтобы участвовать в ядерной реакции, их изучение привело к очень ранним знаниям ядерной физика. Резерфорд использовал альфа-частицы, испускаемые бромидом радия, чтобы сделать вывод, что J. Модель атома Сливового пудинга Дж. Томсона была в корне ошибочна. В эксперименте Резерфорда с золотой фольгой, проведенном его учениками Гансом Гейгером и Эрнестом Марсденом, был установлен узкий пучок альфа-частиц, проходящий через очень тонкий (несколько сотен толщиной атомов) золотой фольгой. Альфа-частицы детектировались экраном из сульфида цинка, который излучает вспышку света при столкновении альфа-частиц. Резерфорд предположил, что, если предположить, что модель атома «сливовый пудинг » верна, положительно заряженные альфа-частицы будут лишь слегка отклоняться, если вообще будут отклоняться предсказанным рассеянным положительным зарядом.

    Было обнаружено, что некоторые из альфа-частиц отклонялись на гораздо большие углы, чем ожидалось (по предложению Резерфорда проверить это), а некоторые даже отскакивали почти прямо назад. Хотя большая часть альфа-частиц прошла прямо, как и ожидалось, Резерфорд заметил, что несколько отраженных частиц были сродни выстрелу пятнадцатидюймовой снаряда в папиросную бумагу только для того, чтобы она отскочила, опять же при условии, что теория «сливового пудинга» верна.. Было установлено, что положительный заряд атома был сконцентрирован в небольшой области в его центре, что делало положительный заряд достаточно плотным, чтобы отклонять любые положительно заряженные альфа-частицы, которые подошли близко к тому, что позже было названо ядром.

    До этого открытия не было известно, что альфа-частицы сами являются атомными ядрами, а также не было известно о существовании протонов или нейтронов. После этого открытия J.J. От модели «сливового пудинга» Томсона отказались, а эксперимент Резерфорда привел к модели Бора, а затем к современной волново-механической модели атома.

    Потери энергии (кривая Брэгга ) в воздухе для типичных альфа-частиц, испускаемых в результате радиоактивного распада. След одиночной альфа-частицы, полученный физиком-ядерщиком Вольфхартом Виллимчиком с его искровой камерой, специально созданной для альфа-частицы.

    В 1917 году Резерфорд использовал альфа-частицы, чтобы случайно произвести то, что он позже понял как направленную ядерную трансмутацию одного элемента в другой. Трансмутация элементов из одного в другой понималась с 1901 года как результат естественного радиоактивного распада, но когда Резерфорд спроецировал альфа-частицы из альфа-распада в воздух, он обнаружил, что это дает новый тип излучения, которое, как оказалось, быть ядрами водорода (Резерфорд назвал эти протонами ). Дальнейшие эксперименты показали, что протоны происходят из азотного компонента воздуха, и было установлено, что реакция представляет собой превращение азота в кислород в реакции

    Это было первое обнаруженное ядерная реакция.

    К ​​соседним изображениям: Согласно кривой потерь энергии Брэгга, можно распознать, что альфа-частица действительно теряет больше энергии на конце следа.

    Анти-альфа-частица

    В 2011 году участники международного сотрудничества STAR использовали релятивистский коллайдер тяжелых ионов в США. Брукхейвенская национальная лаборатория Министерства энергетики обнаружила антивещество, являющееся партнером ядра гелия, также известное как анти-альфа. В эксперименте использовались ионы золота, движущиеся почти со скоростью света и сталкивающиеся лицом к лицу, чтобы произвести античастицу.

    Приложения

    • Некоторые детекторы дыма содержат небольшое количество альфа-излучателя америций-241. Альфа-частицы ионизируют воздух в небольшом промежутке. Через этот ионизированный воздух проходит небольшой ток. Частицы дыма от огня, попадающие в воздушный зазор, уменьшают ток, вызывая тревогу. Изотоп чрезвычайно опасен при вдыхании или проглатывании, но опасность минимальна, если источник держать закрытым. Многие муниципалитеты разработали программы по сбору и утилизации старых детекторов дыма, чтобы не допустить их попадания в общий поток отходов.
    • Альфа-распад может обеспечить безопасный источник энергии для радиоизотопных термоэлектрических генераторов, используемых для космические зонды и искусственные кардиостимуляторы. От альфа-распада гораздо легче защитить себя, чем от других форм радиоактивного распада. Плутоний-238, источник альфа-частиц, требует всего 2,5 мм свинцового экрана для защиты от нежелательного излучения. обычно используется полоний- 210, альфа-излучатель, для ионизации воздуха, позволяя «статическому прилипанию » быстрее рассеяться.
    • В настоящее время исследователи пытаются использовать разрушительную природу альфа-излучающих радионуклидов внутри тело, направляя небольшие количества к опухоли. Альфа повреждают опухоль и останавливают ее рост, а их небольшая глубина проникновения предотвращает радиационное повреждение окружающей здоровой ткани. Этот тип лечения рака называется радиотерапией с использованием открытого источника.

    Альфа-излучение и ошибки DRAM

    В компьютерных технологиях динамическая память с произвольным доступом (DRAM) «программные ошибки » были связаны с альфа-частицами в 1978 году в микросхемах DRAM Intel. Это открытие привело к строгому контролю радиоактивных элементов в упаковке полупроводниковых материалов, и проблема в основном считается решенной.

    Альфа-частица

    А́льфа-части́ца (α-частица), положительно заряженная частица, образованная 2 протонами и 2 нейтронами. Идентична ядру атома гелия-4 (Пробеги альфа-частиц в некоторых средах

    Энергия α-частиц, МэВ 4 6 8 10 Воздух, см 2.5 4.6 7.4 10.6 Биологическая ткань, мкм 31 56 96 130 алюминий, мкм 16 30 48 69

    Таким образом, опасность для человека могут представлять излучение α-частиц с энергиями достаточными для преодоления кожного покрова (10 МэВ и выше). В то же время, большинство исследовательских ускорителей α-частиц работает на энергиях ниже 3 МэВ. [2] .

    Альфа-частицы образуются также в результате ядерных реакций. Например, в результате взаимодействия ядра лития-6 с дейтроном могут образоваться две альфа-частицы: 6 Li+ 2 H= 4 He+ 4 He. Альфа-частицы составляют существенную часть первичных космических лучей; большинство из них являются ускоренными ядрами гелия (из звёздных атмосфер и межзвёздного газа), некоторые возникли в результате ядерных реакций скалывания из более тяжёлых ядер космических лучей. Альфа-частицы высоких энергий могут быть получены с помощью ускорителей заряженных частиц.

    Масса альфа-частицы составляет 6,644656·10 −27 кг, что эквивалентно энергии 3,72738 ГэВ.

    Детектируются альфа-частицы с помощью кремниевых pin-диодов и соответствующей усилительной электроники, а также с помощью трековых детекторов.

    Элементарные частицы (чем характеризуются)

    Элементарные частицы это протон, нейтрон, электрон и позитрон. Название это является в значительной мере условным.

    Физика всегда стремилась найти те простейшие «элементарные» частицы, из которых строится вещество. Во времена М. В. Ломоносова такими частицами считались молекулы и атомы.

    Затем было установлено строение атома из ядра и электронов; одно время считалось, что ядра различных элементов состоят из одинаковых частиц—протонов, представляющих собой ядро атома водорода.

    В начале того столетия протон и электрон считались элементарными частицами.

    

    Что такое Элементарные частицы

    Дальнейшее развитие ядерной физики и, в частности, открытие нейтрона и позитрона вскоре увеличило число элементарных частиц до 4, а вместе с фотоном, который также был отнесен к элементарным частицам, до 5.

    Некоторый период времени считалось, что эти частицы соответствуют понятиям элементарных. Однако в последующие годы были открыты еще новые частицы (нейтрино, мезоны и др.), а также установлена возможность взаимного превращения частиц, считавшихся до тех пор элементарными.

    Все это показывало на относительность «элементарности» этих частиц, и если это название сохраняется за ними, то понимается оно уже условно, в смысле частиц, о внутренней структуре которых в современной науке не имеется определенных представлений.

    Чем характеризуются элементарные частицы

    Элементарные частицы обычно характеризуют следующими данными:

    1. Массой,
    2. Электрическим зарядом (если он имеется),
    3. Средней продолжительностью жизни,
    4. Энергией и импульсом (количеством движения),
    5. С пином и связанным с ним магнитным моментом
    6. Схемой распада.

    Масса элементарных частиц измеряется в единицах, равных массе электрона, заряд — в элементарных зарядах (заряд электрона). Средней продолжительностью жизни называют время, за которое количество час тиц уменьшается в 1/е = 1/2,7 сравнению с исходными.

    В настоящее время известно около 30 видов элементарных частиц, полученных большей частью экспериментально.

    Имеется также несколько видов частиц, предсказанных теоретически, но еще не обнаруженных в опыте. Значительная часть этих частиц неустойчива: через миллионные доли секунды они превращаются в другие более устойчивые частицы или в фотоны.

    За немногим исключением каждой элементарной частице соответствует античастица.

    Античастицами называются равные по массе частицы, у которых какая-либо одна из других основных характеристик (например, электрический заряд или спин) равна по величине, но противоположна по знаку.

    Отличительным свойством пары частицы — античастица является способность их при соударении, взаимодействуя, аннигилировать, т. е. превращаться в другие элементарные частицы или фотоны.

    К элементарным частицам относятся

    К элементарным частицам в первую очередь относится квант электро магнитного излучения — фотон.

    Фотон имеет как волновые, проявляющиеся в основном при низких частотах, так и корпускулярные (при высоких частотах) свойства.

    Фотон не имеет массы покоя, но он имеет массу μ_Ф движения, устанавливаемую в зависимости от его энергии Е_ф по соотношению Эйнштейна:

    μ_Ф = Е_ф/с 2 = hv/c 2

    В соответствии с закономерностями взаимодействия фотона (как це лого) с веществом ему приписывается импульс р_ф = hv/c.

    Остальные элементарные частицы в зависимости от массы покоя делятся на три класса: легкие (лептоны), средние (мезоны) и тяжелые (барионы).

    Л егкие частицы

    К легким частицам относятся прежде всего нейтрино и антинейтрино, которые принимают участие в радиоактивном бета-распаде. Это устойчивые нейтральные частицы, масса которых, примерно, в 2000 раз меньше массы электрона, отличающиеся между собой знаком спина.

    В связи с отсутствием заряда и крайне малой массой эти частицы обладают высокой проникающей способностью, что затрудняет их обнаружение. Существование нейтрино было предсказано В. Паули в 1931 г., обнаружено оно было в 1956 г.

    В Паули основывался на том, что энергия при бета-распаде каждого ядра данного вещества должна быть одинаковой.

    В то же время энергия электронов (или позитронов), выбрасываемых при этом из ядер, имеет различную величину.

    Для согласования этих двух фактов он предположил, что при бета-распаде, кроме электронов (или позитронов), должны выбрасываться еще частицы, ничтожные по массе, но со значительной энергией.

    Эта энергия и дополняет энергию электронов (или позитронов) до некоторой величины, характерной для данного акта распада.

    При этом энергия распада делится между электроном (или позитроном) и этой частицей в произвольном отношении.

    Частица, испускаемая вместе с позитроном при превращении протона в трон, была названа нейтрино (v). Частица, испускаемая вместе с электроном при превращении нейтрона в протон, называется антинейтрино .

    К легким частицам относятся электрон и позитрон, представляющие собой античастицы, имеющие одинаковые по величине массы и заряды, но противоположные по их знаку.

    Мезоны

    Следующую группу составляют мезоны, относящиеся в основном к средним частицам. Мезоны — это частицы с единичным положительным или отрицательным зарядом или нейтральные, имеющие массу, промежуточную между массой нуклона и электрона.

    По массе мезоны разделяются на группы: мю-мезоны (или мюоны); пи-мезоны (или пионы) и К-мезоны.

    Особый интерес представляют пи-мезоны, с помощью которых предположительно осуществляется взаимодействие нуклонов в ядрах атомов.

    В соответствии с этим их называют квантами ядерного поля. По современным представлениям нуклоны в ядре состоят из центральной части, окруженной облаком виртуальных пи-мезонов, которыми каждый нуклон непрерывно обменивается с окружающими его нуклонами (виртуальными частицами называются такие частицы, существование которых предполагается для того, чтобы более просто представить себе тот или иной физический процесс; в данном случае — взаимодействие нуклонов).

    Этот обмен и образует силы, связывающие нуклоны в ядре в одно целое. Испускание и поглощение мезонов происходит так быстро (весь процесс занимает 10 — 23 сек), что эти частицы нельзя считать существующими в ядре самостоятельно.

    Свободно существующие пи-мезоны были открыты в космическом излучении и получены в лабораторных экспериментах при взаимодействии частиц с высокой энергией.

    Т яжелые частицы

    К тяжелым частицам относятся прежде всего нуклоны: протон и нейтрон, а также их античастицы: антипротон и антинейтрон.

    Существование антипротона было также сначала предсказано теорией, сама частица была открыта в эксперименте только в 1955 г.

    В качестве гипотезы допускается, что антипротоны антинейтроны и позитроны могут образовать устойчивую форму вещества, аналогичную по свойствам окружающему нас миру и расположенную за его пределами.

    Гипероны и антигипероны — нестабильные частицы с массой большей, чем масса нуклона, электрически заряженные и нейтральные; встречаются в космическом излучении.

    Космическое излучение

    Космическое излучение — это поток легких атомных ядер, преимущественно альфа-частиц и протонов с энергией порядка 10 10 эв, которые приходят из мирового пространства в атмосферу земли и образуют в ней вторичное космическое излучение.

    Частицы первичного излучения, сталкиваясь с ядрами атомов газов воздуха, образуют электронно-ядерные ливни, состоящие из всех известных элементарных частиц (быстрые и медленные протоны и нейтроны, ядерные осколки, альфа-частицы, заряженные и нейтральные мезоны и т. п.).

    Большая часть этих частиц затем распадается, образуя электронно-фотонные потоки, которые умножаются за счет последовательного (каскадного) образования электронно-позитронных пар и гамма-фотонов тормозного излучения.

    Постепенно энергия этих частиц и фотонов снижается и в нижних слоях атмосферы они производят уже только незначительную ионизацию, причем вместе с радиоактивным излучением земных недр составляют естественный радиоактивный фон.