العربيةAR⌄
اضمحلال ألفا
اضمحلال ألفا تحول نووي تطلق فيه نواة ثقيلة غير مستقرة جسيم ألفا، أي نواة هيليوم-4 مكوّنة من بروتونين ونيوترونين. المعادلة النووية سهلة الموازنة، لكن سبب حدوث الاضمحلال ومقادير الطاقات الناتجة يتطلبان فهم قيمة Q وارتداد النواة والنفق الكمومي.
الموازنة النووية في اضمحلال ألفا
إذا كانت النواة الأم ذات العدد الكتلي A والعدد الذري Z، تصبح النواة البنت ذات A−4 وZ−2. وهكذا يبقى عدد النوكليونات والشحنة الكهربائية محفوظين. تحديد Z الجديد يحدد العنصر البنت مباشرة في الجدول الدوري.
يجب كتابة جسيم ألفا كنواة ⁴₂He لا كذرة هيليوم متعادلة إذا كانت المعادلة تتناول النوى فقط. بعد خروجه يلتقط إلكترونات من الوسط ويمكن أن يتحول في النهاية إلى ذرة هيليوم متعادلة.
الطاقة والارتداد
إذا كانت Q موجبة تتقاسم النواة البنت وجسيم ألفا الطاقة الحركية مع الحفاظ على الزخم. لأن النواة البنت أثقل بكثير، يحصل جسيم ألفا عادة على معظم الطاقة الحركية بينما تكون طاقة الارتداد أصغر.
طاقات ألفا في انتقالات نووية محددة تظهر كخطوط منفصلة نسبياً. وجود أكثر من مستوى نهائي ممكن يمكن أن ينتج مجموعات من طاقات ألفا، وقد يتبع بعض الانتقالات إشعاع غاما إذا بقيت النواة البنت مثارة.
النفق الكمومي وحاجز كولوم
داخل النواة يمكن تمثيل جسيم ألفا على أنه محصور خلف حاجز كولوم الناتج عن التنافر الكهربائي. طاقته قد تكون أقل من قمة الحاجز، ومع ذلك تسمح ميكانيكا الكم باحتمال محدود لعبوره بالنفق.
حساسية احتمال النفق لارتفاع الحاجز وعرضه تفسر لماذا تتغير أعمار النصف بأوامر مقدار كبيرة رغم أن طاقات ألفا تختلف ببضعة MeV فقط. هذه نتيجة كمومية وليست «قفزة» كلاسيكية فوق حاجز لا تكفي الطاقة لتجاوزه.
التفاعل مع المادة والكشف
جسيم ألفا ثقيل ومشحون بشحنتين موجبتين، لذلك يؤين المادة بقوة ويفقد طاقته خلال مسافة قصيرة. قدرته على الاختراق منخفضة مقارنة بفوتونات غاما، لكن مصدر ألفا داخل الجسم يمكن أن يودع طاقته في حجم صغير من النسيج.
يمكن كشفه بكواشف السيليكون أو غرف التأين وقياس طاقته بدقة. المسار القصير والكثافة العالية للتأين ميزتان تساعدان على تمييز إشعاع ألفا عن أنواع إشعاع أخرى.
عند حل أي مسألة نووية، ابدأ بتحديد النظام والوحدات وما إذا كانت الكتل ذرية أم نووية، ثم افحص حفظ A وZ والطاقة والزخم. هذه الخطوات تمنع كثيراً من الأخطاء العددية وتفصل بين علاقة فيزيائية عامة وبين تقريب صالح فقط في سياق محدد.
عند حل أي مسألة نووية، ابدأ بتحديد النظام والوحدات وما إذا كانت الكتل ذرية أم نووية، ثم افحص حفظ A وZ والطاقة والزخم. هذه الخطوات تمنع كثيراً من الأخطاء العددية وتفصل بين علاقة فيزيائية عامة وبين تقريب صالح فقط في سياق محدد.
أمثلة محلولة
موازنة النواة
الحل
للنواة الأم A=238 وZ=92 تصبح البنت A=234 وZ=90 بعد انبعاث ألفا.
تقاسم الطاقة
الحل
إذا كانت Q = 5.0 MeV وكانت البنت أثقل كثيراً من ألفا، يحمل جسيم ألفا معظم 5.0 MeV وتذهب نسبة صغيرة إلى ارتداد البنت.
اتجاه الجدول الدوري
الحل
انخفاض Z بمقدار 2 يعني الانتقال عنصرين إلى اليسار من حيث العدد الذري، مع ضرورة تحديد العنصر من Z لا من الاسم فقط.