Desintegració alfa
La desintegració alfa és una transformació nuclear en què un nucli pesant i inestable emet una partícula alfa, és a dir, un nucli d’heli-4. El balanç d’A i Z és simple, però l’energia, el retrocés i l’efecte túnel determinen la física real del procés.
El balanç nuclear
Una partícula alfa conté dos protons i dos neutrons. Si el nucli pare té nombre màssic A i nombre atòmic Z, el nucli fill té A − 4 i Z − 2. Per tant, la càrrega i el nombre total de nucleons es conserven.
(A, Z) → (A − 4, Z − 2) + ⁴₂He
Valor Q, energia alfa i retrocés
La diferència de massa entre l’estat inicial i els productes apareix com a energia alliberada. En el sistema de referència del nucli pare, el fill i l’alfa surten amb moments iguals i oposats. Com que el fill és molt més massiu, l’alfa rep la major part de l’energia cinètica. Les transicions entre estats nuclears ben definits produeixen energies alfa gairebé discretes.
Per què Q positiu no implica una vida mitjana curta
Que Q sigui positiu només diu que la desintegració és energèticament possible. La partícula alfa encara ha d’escapar a través de la barrera coulombiana. L’efecte túnel quàntic li dona una probabilitat finita de travessar-la, i aquesta probabilitat és extraordinàriament sensible a l’energia alfa; petits canvis d’energia poden correspondre a enormes canvis de vida mitjana.
Interacció amb la matèria
Les partícules alfa tenen massa relativament gran i càrrega +2e. Ionitzen intensament i perden energia ràpidament, de manera que el seu abast és curt en comparació amb beta o gamma. Un abast curt no equival a innocuïtat: el risc depèn de l’energia dipositada i, sobretot, de si la font és externa o es troba dins del cos.
Exemples resolts
1. Completar una desintegració alfa
Solució
L’urani-238 té A = 238 i Z = 92. Després de l’emissió alfa, A = 234 i Z = 90: el nucli fill és tori-234.
2. Comprovar la conservació
Solució
Per A = 226 i Z = 88, el fill ha de tenir A = 222 i Z = 86. L’alfa aporta A = 4 i Z = 2, de manera que es recuperen els totals inicials.
3. Comparar energies de retrocés
Solució
L’alfa i el nucli fill tenen el mateix mòdul del moment. A igual moment, la partícula de massa menor té més energia cinètica; per això l’alfa rep la major part de l’energia cinètica.