Mini-kurzus

Alfa-bomlás

Az alfa-bomlás során egy nehéz, instabil atommag alfa-részecskét, vagyis egy két protonból és két neutronból álló hélium-4 magot bocsát ki. A nukleonszám könyvelése egyszerű, de a bomlás sebességéhez az energiamérleg, a visszalökés és a Coulomb-gáton keresztüli kvantumos alagúthatás is lényeges.

A magreakció könyvelése

Egy alfa-bomlásban A néggyel, Z kettővel csökken: (A, Z) → (A − 4, Z − 2) + ⁴₂He. Így a nukleonszám és az elektromos töltés egyaránt megmarad. Az új Z közvetlenül megadja a leánymag kémiai elemét.

Az alfa-részecske kibocsátáskor nem semleges héliumatom, hanem +2e töltésű atommag. Később anyagban elektronokat foghat be, de ez nem része a magbomlási egyenletnek.

Leánymag-ellenőrző

szülőmagA, Z leánymagA − 4, Z − 2 alfa
Egy alfa-kibocsátás négy nukleont és két egységnyi magtöltést távolít el.

Hová kerül a felszabaduló energia?

Ha a termékek összes nyugalmi tömege kisebb a szülőmagénál, a különbség pozitív Q-értéket ad. A szülő nyugalmi rendszerében az alfa-részecske és a leánymag egyenlő nagyságú, ellentétes impulzust kap.

Mivel a leánymag sokkal nehezebb, a mozgási energia nagy része az alfa-részecskéhez kerül. Meghatározott magállapotok közötti átmeneteknél az alfa-energiák közel diszkrét értékek, ezért radionuklidok azonosítására is használhatók.

α energiájaCoulomb-gátalagúthatás
Az alfa-részecskének nem kell klasszikusan a teljes gát fölé jutnia; a kvantumos alagúthatás véges kijutási valószínűséget ad.

Miért járhat pozitív Q mégis hosszú felezési idővel?

Az energetikailag megengedett bomlás nem feltétlenül gyors. Az alfa-jellegű klasztert a leánymag körüli elektrosztatikus Coulomb-gát visszatartja, és klasszikusan gyakran nincs elég energiája a gát tetején való átjutáshoz.

A kvantummechanika azonban véges alagúthatási valószínűséget ad. Ez rendkívül érzékeny az alfa energiájára és a mag töltésére, ezért kis energiakülönbségek sok nagyságrendnyi felezésiidő-különbséget okozhatnak.

Kölcsönhatás az anyaggal

Az alfa-részecske viszonylag nagy tömegű és +2e töltésű, ezért sűrűn ionizál és gyorsan veszít energiát. Hatótávolsága anyagban jóval kisebb, mint a béta-részecskéké vagy a gamma-fotonoké.

A rövid hatótávolság önmagában nem jelenti azt, hogy egy alfa-forrás veszélytelen. A forrás helye, az elnyelt energia és az érintett szövet is számít; az áthatolóképesség és a biológiai hatás nem ugyanaz a kérdés.

Kidolgozott példák

1. Bomlási egyenlet kiegészítése

Megoldás

²³⁸₉₂U alfa-bomlásakor A = 234 és Z = 90 lesz, tehát ²³⁸₉₂U → ²³⁴₉₀Th + ⁴₂He.

2. Megmaradási ellenőrzés

Megoldás

Bal oldalon A = 238, Z = 92; jobb oldalon 234 + 4 = 238 és 90 + 2 = 92. Mindkét mennyiség megmarad.

3. Visszalökési energiák összevetése

Megoldás

Azonos impulzusnál a mozgási energia fordítottan arányos a tömeggel. A ≈ 234 leánymagnál Kα/Kleány ≈ 234/4 ≈ 58,5.