Alfahenfald

Alfahenfald er en kernetransformation, hvor en tung ustabil kerne udsender en alfapartikel, altså en helium-4-kerne. Regnskabet for A og Z er enkelt, men energi, rekyl og kvantetunnelering bestemmer den egentlige fysik bag processen.

Kerneregnskabet

En alfapartikel består af to protoner og to neutroner. Har moder-kernen massetal A og atomnummer Z, får datterkernen A − 4 og Z − 2. Nukleontal og elektrisk ladning balancerer derfor på begge sider.

(A, Z) → (A − 4, Z − 2) + ⁴₂He

moderkerneA, ZdatterA − 4, Z − 2alfa
En alfapartikel består af to protoner og to neutroner. Har moder-kernen massetal A og atomnummer Z, får datterkernen A − 4 og Z − 2. Nukleontal og elektrisk ladning balancerer derfor på begge sider.

Q-værdi, alfaenergi og rekyl

Masseforskellen mellem start og produkter fremkommer som frigivet energi. I moder-kernens hvilesystem har datter og alfapartikel lige store, modsatrettede impulser. Fordi datterkernen er langt tungere, modtager alfaen størstedelen af den kinetiske energi. Overgange mellem veldefinerede kernetilstande giver næsten diskrete alfaenergier.

alfaenergiCoulomb-barrieretunnelering
Q > 0 fortæller kun, at henfaldet er energetisk tilladt. Alfapartiklen skal stadig slippe gennem Coulomb-barrieren. Kvantetunnelering giver en endelig flugtsandsynlighed, der er ekstremt følsom over for alfaenergien; små energiforskelle kan derfor give enorme forskelle i halveringstid.

Hvorfor positiv Q stadig kan give lang halveringstid

Q > 0 fortæller kun, at henfaldet er energetisk tilladt. Alfapartiklen skal stadig slippe gennem Coulomb-barrieren. Kvantetunnelering giver en endelig flugtsandsynlighed, der er ekstremt følsom over for alfaenergien; små energiforskelle kan derfor give enorme forskelle i halveringstid.

Vekselvirkning med stof

Alfapartikler er relativt tunge og har ladning +2e. De ioniserer kraftigt og mister hurtigt energi, så rækkevidden er kort sammenlignet med beta og gamma. Kort rækkevidde betyder ikke automatisk ufarlig: virkningen afhænger af afsat energi og især af, hvor det radioaktive stof befinder sig.

Gennemregnede eksempler

1. Fuldfør et alfahenfald

Løsning

Uran-238 har A = 238 og Z = 92. Efter alfaemission er A = 234 og Z = 90, så datteren er thorium-234.

2. Kontroller bevarelse

Løsning

For A = 226 og Z = 88 skal datteren have A = 222 og Z = 86. Alfaen bidrager med A = 4 og Z = 2, så de oprindelige totaler gendannes.

3. Sammenlign rekylenergier

Løsning

Alfa og datter har samme impulsstørrelse. Ved samme impuls har den lettere masse størst kinetisk energi; alfaen får derfor størstedelen af den kinetiske energi.