Alfalagunemine
Alfalagunemisel emiteerib raske ebastabiilne tuum alpha particle’i ehk helium-4 tuum’e. A ja Z bookkeeping on lihtne, kuid lagunemine rate’i määramiseks tuleb arvestada energia vabanemine’i, recoil’i ja kvant- tunnelling’ut läbi Coulomb barjäär’i.
A ja Z
Alpha particle’il A=4 ja Z=2. Parent (A,Z) annab daughter (A−4,Z−2).
Daughter element asub periodic table’is kaks kohta vasakul. nukleon number ja charge säilivad.
Q-value
Q=(m_parent−m_daughter−m_alpha)c². Q>0 korral on products rest mass väiksem ning vahe tuleb kinetic energia või excitation’ina.
Positiivne Q on spontaneous alpha lagunemine jaoks vajalik, kuid half-life sõltub tugevalt ka tunneliefekti tõenäosus’st.
Tulemus
Tulemus:
Recoil
Parent rest frame’is saavad alpha ja daughter võrdsed vastassuunalised momenta. Kergem alpha saab seepärast suurema kinetic energia osa.
hästi määratletud tuumaseisundid annavad peaaegu diskreetsed alfaenergiad, mida saab radionukliidi tuvastamine’iks kasutada.
kvant- tunnelling
Classically ei pruugi alpha’l olla piisavalt energia’t kogu electrostatic barjäär’i ületamiseks. kvant- mechanics annab finite tunneliefekti tõenäosus.
Tunnelling on alfaenergia suhtes väga tundlik; väike energia difference võib tähendada orders-of-magnitude half-life change’i.
Matter interaction
Alpha particle on massiivne ja charge +2e. Ta ioniseerib tugevalt ja range on lühike.
Lühike range ei võrdu automaatselt väikese bioloogiline effect’iga, sest internal alpha allikas võib energia väga lokaalselt kudedesse anda.
lagunemisahels
Daughter võib olla radioactive. Natural lagunemine series’is vahelduvad alpha ja beta muundumised kuni stabiilne nuclide’ini.
tütarnukliidide kuhjumine tähendab, et chain’i eri activities ei pruugi olla üks simple exponential.
Kontroll
Tasakaalusta kõigepealt A ja Z, siis leia element uue Z järgi. Kui masses on antud, kontrolli Q-value’i.
aatomi mass table kasutamisel kontrolli elektron count cancellation’it.
Energia ja poolestusaeg
Q-value ütleb, kas lagunemine on energetically allowed, kuid tunnelling määrab suure osa kiirusest. Seetõttu ei saa kahte alfakiirgaja’it järjestada half-life järgi ainult nende Q märkide põhjal.
Geiger–Nuttall tüüpi seos näitab empiiriliselt, et suurema alfaenergia korral kipub tunneliefekti tõenäosus kasvama ning half-life tugevalt lühenema.
Lahendatud näide
U-238
²³⁸₉₂U→?+α.
Lahendus
²³⁴₉₀Th+α.
Ra-226
A=226,Z=88.
Lahendus
Daughter A=222,Z=86.
Recoil
Same momentum.
Lahendus
Alpha saab suurema kinetic energia.