Друзья, объясните мне пожалуйста, чем отличается альфа частица 3.

19/06/2015 ·

Друзья, объясните мне пожалуйста, чем отличается альфа частица 3.5 MeV и, допустим, 7 MeV.
Скоростью? Чем? По мне это же просто ядро гелия без электронов. Где можно почитать про это?

GD Star Rating
a WordPress rating system

34 Responses to Друзья, объясните мне пожалуйста, чем отличается альфа частица 3.

M2yod:

16/10/2013 в 19:34

Да, скоростью. Прочитать об альфа-частицах можно, например, тут.

Ответить
Zvnre:

16/10/2013 в 19:52

В электронвольтах измеряется кинетическая энергия, можно их в джуоли перевести. Твои альфа-частицы можно представить как две идентичные пули одинакового калибра, которые выпустили из разного оружия. Одну из пистолета с маленьким зарядом пороха, вторую из автомата, с зарядом пороха побольше. Пули одинаковые, а кинетическая энергия у них на вылете из ствола получается разная. Почитать про альфа-частицы можно здесь.

Ответить
M2yod:

16/10/2013 в 20:01

Я гляжу, у дураков мысли сходятся. Все верно, кроме заявления «В электронвольтах измеряется кинетическая энергия«. Слово «кинетическая» в предложении можно опустить. Любая энергия измеряется в электронвольтах, можно массу (энергию покоя) в них измерять, например масса альфа-частицы 3.73 ГэВ.

Ответить
Zvnre:

16/10/2013 в 20:13

ну в посте вроде вопрос о кинетической энергии, судя по порядку цифр.

Ответить
Tilite:

16/10/2013 в 21:35

: Я прочитал википедию, но про то что это кинетическая энергия я догадывался только косвенно.

Если позволите, второй вопрос — как эту кинетическую энергию перевести в электричество? Первый вариант, который на ум приходит — это превращать эту энергию в тепло, а потом в электричество.

Есть ли другие варианты? Может быть с помощью них можно генерировать магнитное поле? или генерировать электростатический заряд?

Ответить
M2yod:

16/10/2013 в 21:51

Ты будешь смеяться, но это и есть электричество — направленное движение заряженных частиц.
Альфа-частицы — ионы гелия, положительно заряженные частицы. Если они обладают кинетической энергией (куда то движутся), это уже электрический ток.

Ответить
Zvnre:

16/10/2013 в 22:07

делаешь тонкую и герметичную металлическую сферу, покрываешь её изнутри тонким слоем вещества, дающего альфа-излучение, наносишь значок «радиация», ставишь на изолирующую подставку и у тебя готов изящный генератор Ван де Граафа, который периодически будет щелкать молниями в окружающие предметы или в воздух.

Ответить
Tilite:

16/10/2013 в 22:54

Два вопроса:

1. Я правильно понимаю, что данное устройство переводит всю кинетическую энергию в электричество?
2. Какой у него КПД (теоритический и фактический)?

Ответить
Tilite:

16/10/2013 в 23:45

Как мне кинетическую энергию MeV перевести в метр/секунда?

Ответить
Odaekb:

16/10/2013 в 23:54

: : 1 эВ = 1.6е-19 Дж
эм = 4 г /6е23 =0.66е-23 грамма
Ве считайте сами. Если больше 10% скорости света — значит надо вспоминать ТО

Ответить
M2yod:

16/10/2013 в 23:55

В метр/секундах никак. Энергия в метрах/секундах не измеряется.
А измеряется в джоулях (это килограмм на метр² / секунда²), в эргах, калориях, килотоннах тротилового эквивалента, киловатт-часах и много чем еще.

Можно воспользоваться простой формулой 1 Дж ? 6.2415·10¹⁸ эВ, или заглянуть в вольфрам-альфу.

Ответить
Zvnre:

16/10/2013 в 23:58

1) Нет, не так. Альфа-частицы очень лихо поглощаются считай что чем угодно и даже просто в воздухе они летят недалеко. Сделаешь ты слой краски с источником альфа-излучения, но он же будет не в один атом толщиной, то есть сама же краска будет альфа-частицы поглощать, энергия частиц будет превращаться в банальное тепло. Собственно, за счет этого тепла и работают многие реальные ядерные батарейки на веществах с альфа-распадом. Кусок чистого плутония-238, окруженный теплоизоляцией, за счет выделяемой энергии разогревается докрасна и в таком состоянии может пребывать много лет. Но сделать такой источник, который будет выдавать приличную мощность, стоит очень дорого. На марсоходе как раз такой стоит, и его мощности не хватает на постоянную активную работу: он каждый день стоит по нескольку часов, накапливает энергию в аккумуляторах, а потом быстренько делает свои опыты, катается по долинам и по взгорьям и снова встает на прикол — накапливает силы.

Кстати, ещё ядерные батарейки делают на тритии, но там идет бета-излучение (в результате распада трития вылетают электроны) и такие источники тока выдают очень маленькие мощности. Но много лет без подзарядки, ни одна химическая батарейка таких же размеров столько не проработает.

2) КПД будет ограничен эффективностью тепловой машины, максимальный — циклом Карно, реальный — параметрами твоего теплового двигателя типа стирлинга. Всё довольно прозаично.

Ответить
Tilite:

17/10/2013 в 00:04

А разве эту кинетическую энергию нельзя превратить в электромагнитное поле, которое потом снимать «антеной» (мог ляпнуть что то лишнего)?

Ответить
Tilite:

17/10/2013 в 00:15

Плюсик поставил, а отвечать не стал! Так не честно, забери свой плюсик и дай мне мой ответ!!!

Ответить
Ef7one:

17/10/2013 в 00:20

Данное устройство гипотетическое. Если сферу покрыть слоем изнутри, то не получится совсем ничего, она же навсегда электронейтральна. Если даже вообразить два электрода, пусть один в центре сферы, второй и есть сфера, ловящая альфа-частицы с энергией, скажем, 5МэВ. Альфа-частицы должны улетать с одного электрода и попадать на другой, перенос заряда, сфера заряжается, электрод заряжается, круто! И она будет заряжаться как будто, пока не возникнет разность потенциалов в 5/2 миллионов Вольт. И пока не зарядится, альфа частицы будут частично бессмысленно терять энергию на обычные ионизационные потери, врезаясь в сферу. Да, кстати, эВ это энергия, которую приобретает/теряет элементарный заряд (электрон, протон), проходящий разность потенциалов в 1 Вольт. Но всё рушится, как только доходим до оценки порядков величин. При приличной активности альфа-источника в 1Ки, это целый грамм радия, светящийся заодно гаммой, имеем ток в 2х3.7х10¹⁰ элементарных зарядов в секунду. Или 1.6х10^-19х2х3.7х10¹⁰ Ампер. То есть 10 нА всего. А чего же мы можем подключить к такой дуре, чтобы работало с ненулевым КПД? Нагрузку сопротивлением 2.5х10⁶В/10^-8А=2.5х10¹⁴Ом. Сто ТераОм. Видели такие резисторы? Конечно же нет, потому что воздух и изоляция в любой практической железке будут давать больший вклад в проводимость. Резисторы на десятки МегаОм уже газовые делают, и они на грани зла. Но это мелочи, кроме прочего нам ещё грамм радия надо размазать слоем много тоньше 10мкм, иначе потери в самом источнике будут, смириться с тем, что половина альфа-частиц всё равно полезет внутрь, сферу нам придётся сделать довольно большого радиуса, а это значит, что при таком токе разность потенциалов будет расти со скоростью в унылые Вольты в секунду, всю фигню вакуумировать, потому что пробег альфы в воздухе будет 5 см, и обложить свинцовыми кирпичами. И это всё в надежде получить десятки миллиВатт в лучшем случае! Можно, конечно, взять источник с активностью порядка суммарной продуктов ядерного взрыва и ядра с энергией бета-распада в десятки кэВ, но есть способы проще. Самое простое, что можно сделать, это смириться с небольшим КПД, не размазывать источник, а наоборот, обеспечить наиболее полное самопоглощение частиц и саморазогрев. Затем тепло->электричество, так работают, например, Радиоизотопные Термоэлектрические Генераторы РИТЭГ на ⁹⁰Sr. Можно и более модным образом, учитывая иногда схожее действие фотонов и ионизирующего излучения. Взять фотоэлемент и светить на него альфой, так же как и под световыми фотонами, в активной зоне, p-n переходе, будут генерироваться зарядовые пары. Тут уже можно задуматься о КПД, характерном для фотоэлементов. Вообще, пока ответ писал, вот что нашёл. По-моему, здесь собраны все мыслимые изобретаемые велосипеды.

Ответить
Zvnre:

17/10/2013 в 00:22

так тоже делают: бутерброд из очень тонких слоев радиоактивного вещества и «антенн» или полупроводников, которые ловят вылетающие частицы. Это чем-то похоже на солнечные батареи, но в реальных опытах получается скромный КПД, тепловая машина может дать больше. И, главное, все эти источники альфа — и бета-частиц, которые можно относительно безопасно использовать в таких генераторах и которые имеют подходящий период полураспада, они все очень дорогие. То есть им можно найти применение в каких-то таких особенных условиях, когда ничего другого не остается, типа космического корабля или какого-нибудь датчика на кабеле под толщей океана, который должен работать без подпитки десятилетия.

Если тебе хочется поиграть на практике с этим, попробуй купить брелок с тритием. Это забавная штука, он в полной темноте различимо светится ну и он относительно безвреден:

Ещё есть забавный прибор спинтарископ, это такая баночка с увеличительным стеклом, в которое виден экран вроде экрана телевизора, в который бьют альфа-частицы, вызывая крошечные вспышки света. Реальный способ увидеть радиацию 🙂

Вот что видно на экранчике:

Да, естественно, если ты будешь это покупать, то обязательно проверь дату выпуска устройства (у трития период полураспада достаточно короткий, чтобы заметить, что старый брелок светит хуже, чем свеже сделанный) и будь очень осмотрителен с таможней, пересылка радиоактивных штук дело серьезное.

Ответить
Ef7one:

17/10/2013 в 00:22

…Резисторы на десятки ГигаОм… что за болезнь лажать на три порядка.

Ответить
Zvnre:

17/10/2013 в 00:24

вообще-то я старался, писал тебе ответ и искал к нему картинки.

Ответить
Eraunes:

17/10/2013 в 00:25

мы уже близки к изобретению микроволновки. Предлагаю отказаться от ядер гелия в пользу фотонов с такой же энергией.

Ответить
Ef7one:

17/10/2013 в 00:27

Кстати, вот те элементы с тритием, что выше, сделаны какраз по схеме бета_частицы->фотодиод, если память не подводит.

Ответить
Zvnre:

17/10/2013 в 00:28

именно так, бета-вольтаика это называется.

Ответить
M2yod:

17/10/2013 в 00:37

Ядра гелия хороши хотя бы тем, что они уже заряженные, их поток уже есть электрический ток.

Ответить
Tilite:

17/10/2013 в 00:38

Мне уже стало стыдно ;(

Ответить
Ef7one:

17/10/2013 в 00:43

Про ТО полезно запомнить порядки величин масс нуклона и электрона, 1ГэВ и 0.5МэВ, соответственно (энергетическая шкала масс). Теперь прицеливаем 3.5-7МэВ к массе, альфа частица нерелятивистская точно, а вот бету той же энергии можно даже назвать ультрарелятивистской.

Ответить
Ef7one:

17/10/2013 в 00:46

я заряд электрона помню, 1.6х10^-19Кл, и определение эВ как энергии, приобретаемой электроном под действием разности потенциалов в 1В. Заряд пригождается для всяческих других оценок.

Ответить
Odaekb:

17/10/2013 в 00:48

Ну так тебе сейчас бы рассказывали, что при энергии несколько гигавольт уже все не так
Просто напомнил границы применимости

Ответить
Ef7one:

17/10/2013 в 00:56

Мы не друг-другу всё так серьёзно объясняем и напоминаем, это понятно! Кстати, считаю важным автору поста рассчитать таки скорости альфа-частиц с энергиями 3.5МэВ и 7МэВ и отписать сюда ответ.

Ответить
Eraunes:

17/10/2013 в 01:02

ну чуть выше обсуждается машина на этих самых ядрах, суть которой сводится к преобразованию «кинетическая энергия частиц -> тепло -> электричество». С таким подходом толку то что они там заряд имеют.

Ответить
Tilite:

17/10/2013 в 01:12

ААА!!! Я все-таки изнасиловал фольфрам-альфу, и он мне дал ответ!

http://www.wolframalpha.com/input/?i=alp…

http://www.wolframalpha.com/input/?i=alp…

_{ps. Ну нет у меня под рукой сейчас ручки и бумажки, а в экселе все считать очень сложно.}

Ответить
Odaekb:

17/10/2013 в 01:18

а чего в экселе сложно? Как раз илиминтарно!

Ответить
Tilite:

17/10/2013 в 01:20

Давай так, не сложно, а неприятно

Ответить
Odaekb:

17/10/2013 в 01:27

я уже очень давно все такие мелочи считаю только в экселе. Просто самый удобный способ, риальне

Ответить
M2yod:

17/10/2013 в 03:27

Не серчайте, но я опять влезу в чужой разговор и прорекламирую свой пост на пальцах™, демонстрирующий, как удобно использовать Excel в научных расчетах, который так и называется Про космос, Excel и баскетбол на пальцах™.

Ответить
AHOen:

12/11/2013 в 22:57

только bc, awk и gnuplot!
echo «sqrt(2*(3.5*10^6*1.6*10^-19)/(4*1.66)*(10^27))» | bc -l
12987482 m/s

ну или python
(echo «import math»;echo «print math.sqrt( 2*(3.5*10**6*1.6*10**-19)/(4*1.66*10**-27)) m/s») | python
12987482 m/s

Ответить