Alfahajoaminen
Alfahajoamisessa raskas epävakaa ydin lähettää alfahiukkasen, eli helium-4-ytimen, jossa on kaksi protonia ja kaksi neutronia. Emoytimen massaluku pienenee neljällä ja protoniluku kahdella, joten syntyy uusi alkuaine.
Reaktion kirjanpito
Ydin (A,Z) muuttuu ytimeksi (A−4,Z−2) ja alfahiukkaseksi. Alfahiukkasen varaus on +2e. Nukleonien määrä, sähkövaraus, kokonaisenergia ja liikemäärä säilyvät koko prosessissa.
Kvanttitunnelointi
Klassisesti alfahiukkasella ei usein olisi riittävästi energiaa ylittää ytimen Coulomb-este. Kvanttimekaniikassa hiukkasella on kuitenkin äärellinen todennäköisyys tunneloitua esteen läpi. Tämä on alfahajoamisen eliniän kannalta ratkaiseva mekanismi.
Q-energian jakautuminen
Q-arvo muuttuu pääasiassa alfahiukkasen ja tytärytimen liike-energiaksi. Emoytimen lepokehyksessä niiden liikemäärät ovat yhtä suuret ja vastakkaiset, joten paljon kevyempi alfahiukkanen saa suurimman osan liike-energiasta.
Ionisaatio ja kantama
Alfahiukkanen on suhteellisen raskas ja kaksinkertaisesti positiivinen. Se ionisoi ainetta voimakkaasti, menettää energiansa nopeasti ja kulkee siksi vain lyhyen matkan. Ulkoinen alfa voidaan pysäyttää helposti, mutta elimistöön päätynyt alfa-aktiivinen aine voi antaa suuren paikallisen annoksen.
Missä alfahajoamista esiintyy
Prosessi on tyypillinen raskaille ytimille, joissa sekä Z:n että A:n pieneneminen voi tuottaa energettisesti edullisemman tilan. Pelkkä positiivinen Q ei määrää nopeutta: tunneloitumistodennäköisyys ja Coulomb-este hallitsevat puoliintumisaikaa voimakkaasti.
Geiger–Nuttall-yhteys
Alfahiukkasen energian melko pieni kasvu voi kasvattaa esteen läpäisyä monilla kertaluokilla. Tämä selittää, miksi suuremman alfaenergian nuklidit hajoavat usein paljon nopeammin ja miksi energia ja puoliintumisaika korreloivat.
Diskreetit alfaenergiat
Tietylle siirtymälle ydintilasta toiseen alfaenergialla on lähes tarkka arvo, kun rekyyli ja mahdolliset viritystilat otetaan huomioon. Siksi alfaspektrissä näkyy usein selviä viivoja, joita voidaan käyttää radionuklidien tunnistamiseen.
Säteilyturvallisuus
Lyhyt kantama ei tee alfasäteilystä automaattisesti vaaratonta. Kehon ulkopuolella se on helppo pysäyttää, mutta hengitetty tai nielty alfa-aktiivinen aine voi ionisoida kudosta hyvin paikallisesti. Riski riippuu siis altistumisreitistä yhtä paljon kuin läpäisevyydestä.
Harjoitus
Ytimellä on Z=92 ja A=238 ja se alfahajoaa. Mitkä ovat tytärytimen Z ja A?
Ratkaisu
Alfahiukkanen vie kaksi protonia ja neljä nukleonia. Tytärytimellä on Z=90 ja A=234.