Decaimento alfa
O decaimento alfa é uma transformação nuclear em que um núcleo pesado e instável emite uma partícula alfa, isto é, um núcleo de hélio-4. O balanço de A e Z é simples, mas a física do processo envolve conservação de energia, recuo e tunelamento quântico.
O balanço nuclear
Uma partícula alfa contém dois protões e dois neutrões. Se o núcleo-pai tiver número de massa A e número atómico Z, o núcleo-filho terá A − 4 e Z − 2.
pai → filho + alfa.
(A, Z) → (A − 4, Z − 2) + núcleo de hélio-4.
Isto identifica imediatamente o elemento filho: reduzir Z em dois desloca duas posições para a esquerda na tabela periódica. O número de nucleões e a carga elétrica ficam equilibrados na equação.
Para onde vai a energia libertada
Se a massa total de repouso dos produtos for menor do que a do núcleo-pai, a diferença surge como energia libertada. No referencial de repouso do pai, o núcleo-filho e a partícula alfa recuam com momentos iguais e opostos. Como o núcleo-filho é muito mais pesado, a partícula alfa recebe a maior parte da energia cinética.
Em transições entre estados nucleares bem definidos, as energias alfa aproximam-se de valores discretos. Medi-las pode, por isso, ajudar a identificar radionuclídeos e a revelar a estrutura de níveis nucleares.
Porque um Q positivo ainda pode corresponder a uma longa meia-vida
A libertação de energia mostra que o decaimento é energeticamente permitido, mas não indica a rapidez do processo. O aglomerado de tipo alfa tem ainda de atravessar por tunelamento a barreira eletrostática que envolve o núcleo-filho. A probabilidade de tunelamento é extremamente sensível à energia alfa, pelo que pequenas variações de energia podem corresponder a enormes diferenças de meia-vida.
Interação com a matéria
As partículas alfa são relativamente pesadas e têm carga +2e. Perdem energia rapidamente ao ionizar a matéria, por isso o seu alcance é curto em comparação com partículas beta ou fotões gama. O alcance reduzido não torna inofensiva qualquer fonte alfa: o efeito depende fortemente da localização do material radioativo e de como a energia é depositada. Poder de penetração e impacto biológico são questões distintas.
Exemplos resolvidos
1. Completar uma equação de decaimento alfa
O urânio-238 tem A = 238 e Z = 92. Após a emissão alfa, A = 234 e Z = 90: o núcleo-filho é tório-234.
2. Verificar a conservação
Para um núcleo-pai com A = 226 e Z = 88, o filho deve ter A = 222 e Z = 86. A partícula alfa emitida contribui com A = 4 e Z = 2, recuperando os totais iniciais.
3. Comparar energias de recuo
A partícula alfa e o núcleo-filho têm momentos de igual módulo. Para o mesmo momento, a energia cinética é maior para a massa menor; assim, a partícula alfa, muito mais leve, recebe a maior parte da energia cinética.