Alfa rozpad

Alfa rozpad je jaderná přeměna, při níž těžké nestabilní jádro emituje alfa částici, tedy jádro helia-4. Bilance nukleonů a náboje je jednoduchá, ale fyzika zahrnuje také Q-hodnotu, zpětný ráz produktů a kvantové tunelování Coulombovou bariérou.

(A,Z)(A-4,Z-2)α

Jaderná bilance

Alfa částice obsahuje dva protony a dva neutrony. Pro mateřské jádro (A, Z) má dceřiné jádro po emisi A − 4 a Z − 2. Počet nukleonů i náboj se zachovávají. Pokles Z o dvě znamená změnu prvku o dvě místa vlevo v periodické tabulce.

Kam jde uvolněná energie

Je-li celková klidová hmotnost produktů menší než hmotnost mateřského jádra, rozdíl dává kladné Q. V klidové soustavě mateřského jádra mají alfa částice a dceřiné jádro stejně velké opačné hybnosti. Lehčí alfa částice proto získá většinu kinetické energie.

Určete dceřiné jádro

Tunelování bariérou

Energeticky dovolený rozpad nemusí být rychlý. Alfa částici uvnitř váže jaderná interakce a vně čelí elektrostatické bariéře. Kvantová mechanika dovoluje nenulovou pravděpodobnost tunelování. Ta je velmi citlivá na energii alfa, což vysvětluje obrovské rozdíly poločasů.

Rozpad jednotlivého jádra je náhodná událost. Rozpadová konstanta a poločas popisují pravděpodobnost pro velký soubor stejných jader, nikoli hodiny odměřující život konkrétního atomu. Vzorek ubývá exponenciálně, přesto nelze předpovědět okamžik jednoho určitého rozpadu.

Energetické spektrum alfa

Přechody mezi určitými jadernými stavy dávají alfa částice s energiemi blízkými diskrétním hodnotám. Jejich měření pomáhá identifikovat radionuklidy a studovat jaderné hladiny. Slabší čáry mohou odpovídat přechodům do excitovaných stavů dceřiného jádra.

Při přesné spektrometrii je nutné započítat také energetické ztráty částice v materiálu zdroje a v detektoru; jinak může naměřená čára ležet níže než skutečná energie emise.

Interakce s látkou

Alfa částice má náboj +2e a poměrně velkou hmotnost. Silně ionizuje látku a rychle ztrácí energii, proto má krátký dosah ve srovnání s beta částicemi nebo gama fotony. Krátký dosah však automaticky neznamená malý účinek; rozhoduje místo uložení energie.

Q-hodnotu lze získat z rozdílu hmotností mateřského jádra a produktů. Malá část Q přejde do zpětného rázu těžkého dceřiného jádra, protože zachování hybnosti nutí k pohybu oba produkty. Přesné rozdělení energie určuje jejich hmotnost, nikoli libovolné dělení napůl.

Řešené příklady

1. Uran-238

Řešení

238, 92 → 234, 90.

2. Kontrola zachování

Řešení

222 + 4 = 226 oraz / a / in 86 + 2 = 88.

3. Energie zpětného rázu

Řešení

Przy / Při / Pri jednakowym pędzie lżejsza cząstka ma większą energię kinetyczną; większość otrzymuje α.