Mini-kurzus
Alfa-bomlás
Alfa-bomláskor egy nehéz instabil atommag hélium-4 magot, vagyis két protont és két neutront bocsát ki. A leánymag rendszáma kettővel, tömegszáma néggyel csökken, miközben a felszabaduló energia főként a részecskék mozgási energiájává válik.
Magreakciós könyvelés
Általánosan AZX → A−4Z−2Y + 42He. A tömegszám és az elektromos töltés mindkét oldalon megmarad. Például urán-238 alfa-bomlásakor tórium-234 keletkezik.
Miért éppen hélium-4?
A két protonból és két neutronból álló alfa-részecske különösen erősen kötött mag. Nehéz magokban energetikailag kedvező lehet egy ilyen kompakt klaszter kibocsátása. A folyamat azonban klasszikusan jelentős Coulomb-gáttal szembesülne.
Kvantummechanikai alagúthatás
Az alfa-részecske a mag belsejében kötött, kifelé pedig elektromos taszításból származó potenciálgát áll előtte. Klasszikusan nem lenne elegendő energiája a gáton átjutni, de kvantummechanikailag véges valószínűséggel átalagútazhat rajta. Ez a bomlási sebesség kulcsa.
Energia és felezési idő
A kibocsátott alfa-részecske energiája és a felezési idő között erős kapcsolat van: kis energiakülönbség a gát alatti alagútvalószínűséget nagyságrendekkel változtathatja. Ezért hasonló nehéz magok felezési ideje rendkívül eltérő lehet.
Ionizáló, de rövid hatótávolságú
Az alfa-részecske +2 töltése és viszonylag nagy tömege miatt sűrűn ionizál, ezért anyagban gyorsan elveszíti energiáját. Levegőben tipikusan csak rövid távolságot tesz meg, és a bőr külső rétege is erős akadály. A testbe jutott alfa-sugárzó anyag viszont veszélyes lehet a lokálisan nagy energiaátadás miatt.
Diszkrét energiaspektrum
Két-test bomlásnál az energia- és impulzusmegmaradás miatt az alfa-részecske meghatározott energiát kap, ha a leánymag adott állapotba kerül. Több lehetséges magállapot több jellegzetes alfa-vonalat adhat. Ez nukleáris spektroszkópiai azonosításra használható.
Mi változik kémiailag?
Mivel Z kettővel csökken, a leánymag más elemhez tartozik. A környező elektronfelhő ezután átrendeződik az új magtöltéshez. Az alfa-bomlás ezért valódi elemátalakulás, nem egyszerű ionizáció.
Visszalökődés és energiamérleg
A kibocsátáskor az impulzus is megmarad, ezért a leánymag ellenkező irányban visszalökődik. Mivel a leánymag sokkal nagyobb tömegű az alfa-részecskénél, ugyanakkora impulzus mellett kisebb mozgási energiát kap. A Q-érték tehát főként, de nem kizárólag az alfa-részecske energiájában jelenik meg.
Próbáld ki
Egy 22688Ra mag alfa-bomlást végez. Mekkora lesz a leánymag A és Z értéke?
Megoldás
A tömegszám 226−4=222, a rendszám 88−2=86. A Z=86 elem a radon, tehát 222Rn keletkezik.