Алфа разпад

Алфа разпадът е ядрена трансформация, при която тежко нестабилно ядро излъчва алфа частица — ядро на хелий-4. Промените в A и Z са прости, но времето на разпада се обяснява с квантово тунелиране.

Алфа частицата отнася два протона и два неутрона

Следователно (A,Z)→(A−4,Z−2)+α. Новото Z определя дъщерния елемент.

Запазват се общият брой нуклони и електричният заряд.

Алфа частицата отнася два протона и два неутронаA , ZA−4 , Z−2α
Алфа частицата отнася два протона и два неутрона — Следователно (A,Z)→(A−4,Z−2)+α . Новото Z определя дъщерния елемент.

Q-стойността задава наличната енергия

Ако масата на родителското ядро е по-голяма от сумата на масите на дъщерното ядро и алфата, Q е положително.

Енергията се превръща главно в кинетична енергия на алфата и отката; възбудено дъщерно ядро може след това да излъчи гама фотон.

Откатът разпределя енергията неравномерно

Алфата и дъщерното ядро получават равни по големина и противоположни импулси. При еднакъв p по-леката алфа има по-голяма кинетична енергия.

Затова тя обикновено носи основната част от Q-енергията.

Откатът разпределя енергията неравномернопроменливаотговорQ > 0физична зависимост
Откатът разпределя енергията неравномерно — Алфата и дъщерното ядро получават равни по големина и противоположни импулси. При еднакъв p по-леката алфа има по-голяма кинетична енергия.

Тунелирането през Кулоновата бариера определя вероятността

Класически алфата няма достатъчно енергия да прескочи бариерата. Квантово има крайна вероятност да тунелира през нея.

Вероятността е изключително чувствителна към енергията и формата на бариерата, което обяснява огромния диапазон на периоди на полуразпад. Тежката двойно положително заредена алфа частица губи енергия бързо в материята. Външната проникваща способност е малка, но вътрешен алфа източник може да отдаде голяма енергия в малък обем тъкан.

Решени примери

1. Уран-238

Z=92, излъчва α.

Решение

Дъщерното ядро има A=234, Z=90.

2. A=226, Z=88

След α?

Решение

A=222, Z=86.

3. Откат

Защо алфата получава повече кинетична енергия?

Решение

Равен импулс и по-малка маса дават по-голямо K.

Не е необходимо алфа разпадът да се представя като готова класическа частица, която просто стои в ядрото и излиза. Клъстерни компоненти могат да присъстват в ядрената вълнова функция, но разпадът е квантов преход. Q>0 задава енергийното условие, докато тунелирането контролира вероятността и времевия мащаб.

Ядрените изчисления са чувствителни към определенията и към това кои частици принадлежат на началното и крайното състояние. Масовото число A е цяло число, което брои нуклоните, докато табличната атомна маса е измерена маса, включваща и електрони. Затова атомни и ядрени маси не трябва да се смесват без корекция. Най-сигурно е първо да се запише цялата реакция или преход, да се проверят A, Z и електричният заряд и едва после да се прави масов и енергиен баланс. Положителната Q-стойност показва, че крайното състояние е енергийно достъпно, но сама не определя скоростта. Тунелиране, слабо взаимодействие, електромагнитни правила за преход и достъпни възбудени нива определят вероятностите. Измереното лъчение и периодът на полуразпад се тълкуват заедно със законите за запазване, не вместо тях.