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.
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.
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.