Alfa skilimas
Alfa skilimas – branduolinis virsmas, kai sunkus nestabilus branduolys išspinduliuoja alfa dalelę, t. y. helio-4 branduolį iš dviejų protonų ir dviejų neutronų. Skaičiuoti A ir Z paprasta, tačiau skilimo greitį lemia ir energijos tvermė, atatranka bei kvantinis tuneliavimas per Kulono barjerą.
Branduolinė apskaita
Per vieną alfa skilimą masės skaičius sumažėja 4, o atominis skaičius – 2: (A, Z) → (A − 4, Z − 2) + ⁴₂He. Taip išsaugomas nukleonų skaičius ir elektrinis krūvis. Naujas Z iš karto nurodo dukterinio branduolio cheminį elementą.
Emisijos momentu alfa dalelė nėra neutralus helio atomas – tai +2e krūvį turintis branduolys. Vėliau medžiagoje ji gali prisijungti elektronų, tačiau tai jau ne branduolinės lygties dalis.
Kur patenka išsiskyrusi energija
Jei produktų bendra rimties masė mažesnė už pirminio branduolio masę, skirtumas duoda teigiamą Q. Pirminio branduolio rimties sistemoje alfa dalelė ir dukterinis branduolys įgyja vienodo dydžio, priešingų krypčių impulsus.
Kadangi dukterinis branduolys daug sunkesnis, alfa dalelė gauna didžiąją kinetinės energijos dalį. Perėjimams tarp gerai apibrėžtų branduolinių būsenų alfa energijos yra artimos diskrečioms vertėms.
Kodėl teigiama Q gali reikšti labai ilgą pusėjimo trukmę
Energetiškai leidžiamas procesas nebūtinai yra greitas. Alfa pavidalo klasterį sulaiko elektrostatinis Kulono barjeras aplink dukterinį branduolį, o klasikinėje fizikoje jo energijos dažnai neužtektų perlipti barjero viršūnę.
Kvantinė mechanika suteikia baigtinę tikimybę tuneliuoti pro barjerą. Ji labai jautri alfa dalelės energijai ir branduolio krūviui, todėl nedideli energijos pokyčiai gali pakeisti pusėjimo trukmę daugeliu dydžio eilių.
Sąveika su medžiaga
Alfa dalelės yra palyginti sunkios ir turi +2e krūvį. Jos tankiai jonizuoja medžiagą ir greitai praranda energiją, todėl jų nuotolis trumpesnis už beta dalelių ar gama fotonų.
Trumpas nuotolis nereiškia, kad kiekvienas alfa šaltinis nekenksmingas. Poveikį lemia šaltinio vieta, sugerta energija ir audinys; skvarba ir biologinis poveikis yra skirtingi klausimai.
Išspręsti pavyzdžiai
1. Užbaikite skilimo lygtį
Sprendimas
²³⁸₉₂U alfa skilime A tampa 234, Z – 90. Taigi ²³⁸₉₂U → ²³⁴₉₀Th + ⁴₂He.
2. Patikrinkite tvermę
Sprendimas
Kairėje A = 238 ir Z = 92; dešinėje 234 + 4 = 238 ir 90 + 2 = 92. Nukleonų skaičius ir krūvis subalansuoti.
3. Palyginkite atatrankos energijas
Sprendimas
Esant vienodam impulsui kinetinė energija atvirkščiai proporcinga masei. Kai dukterinio A ≈ 234, Kα/Kdukter. ≈ 234/4 ≈ 58,5.