Dezintegrare alfa
Dezintegrarea alfa este o transformare nucleară în care un nucleu greu și instabil emite o particulă alfa, adică un nucleu de heliu-4 format din doi protoni și doi neutroni. Bilanțul lui A și Z este simplu, dar viteza dezintegrării implică și conservarea energiei, reculul și tunelarea cuantică prin bariera Coulomb.
Bilanțul nuclear
Într-o dezintegrare alfa, numărul de masă scade cu 4, iar numărul atomic cu 2: (A, Z) → (A − 4, Z − 2) + ⁴₂He. Astfel se conservă numărul de nucleoni și sarcina electrică. Noul Z identifică imediat elementul chimic al nucleului fiică.
Particula alfa emisă nu este un atom neutru de heliu, ci un nucleu cu sarcina +2e. Ea poate capta electroni ulterior, în materie, dar acest lucru nu face parte din ecuația nucleară a dezintegrării.
Unde ajunge energia eliberată
Dacă masa de repaus totală a produselor este mai mică decât masa nucleului părinte, diferența dă un Q pozitiv. În sistemul de repaus al părintelui, particula alfa și nucleul fiică primesc impulsuri egale ca modul și opuse ca sens.
Deoarece nucleul fiică este mult mai greu, particula alfa primește cea mai mare parte a energiei cinetice. Pentru tranziții între stări nucleare bine definite, energiile alfa sunt apropiate de valori discrete și pot ajuta la identificarea radionuclizilor.
De ce un Q pozitiv poate corespunde unui timp de înjumătățire foarte lung
Faptul că o dezintegrare este permisă energetic nu spune cât de repede are loc. Clusterul de tip alfa este reținut de bariera electrostatică Coulomb din jurul nucleului fiică și, clasic, adesea nu are suficientă energie pentru a trece peste maximul acesteia.
Mecanica cuantică permite tunelarea prin barieră. Probabilitatea este extrem de sensibilă la energia alfa și la sarcina nucleară, astfel încât diferențe energetice modeste pot corespunde unor diferențe enorme ale timpului de înjumătățire.
Interacția cu materia
Particulele alfa sunt relativ masive și au sarcina +2e. Ele ionizează intens materia și pierd rapid energie, astfel încât raza lor de acțiune este mult mai scurtă decât cea a particulelor beta sau a fotonilor gamma.
Raza scurtă nu face automat un emițător alfa inofensiv. Contează poziția sursei, energia absorbită și țesutul; puterea de pătrundere și efectul biologic sunt întrebări diferite.
Exemple rezolvate
1. Completați ecuația de dezintegrare
Soluție
Pentru ²³⁸₉₂U, după o dezintegrare alfa A = 234 și Z = 90: ²³⁸₉₂U → ²³⁴₉₀Th + ⁴₂He.
2. Verificați conservarea
Soluție
În stânga A = 238 și Z = 92; în dreapta 234 + 4 = 238 și 90 + 2 = 92. Numărul de nucleoni și sarcina sunt conservate.
3. Comparați energiile de recul
Soluție
La același impuls, energia cinetică este invers proporțională cu masa. Pentru un nucleu fiică cu A ≈ 234, Kα/Kfiică ≈ 234/4 ≈ 58,5.