Alfa rozpad

Alfa rozpad je jadrová premena, pri ktorej ťažké nestabilné jadro emituje alfa časticu, teda jadro hélia-4. Bilancia nukleónov a náboja je jednoduchá, no fyzika zahŕňa aj Q-hodnotu, spätný ráz produktov a kvantové tunelovanie cez Coulombovu bariéru.

(A,Z)(A-4,Z-2)α

Jadrová bilancia

Alfa častica obsahuje dva protóny a dva neutróny. Pre materské jadro (A, Z) má dcérske jadro po emisii A − 4 a Z − 2. Počet nukleónov aj náboj sa zachovávajú. Pokles Z o dva znamená zmenu prvku o dve miesta doľava v periodickej tabuľke.

Kam ide uvoľnená energia

Ak je celková pokojová hmotnosť produktov menšia než hmotnosť materského jadra, rozdiel dáva kladné Q. V pokojovej sústave materského jadra majú alfa častica a dcérske jadro rovnako veľké opačné hybnosti. Ľahšia alfa častica preto získa väčšinu kinetickej energie.

Určte dcérske jadro

Tunelovanie cez bariéru

Energeticky dovolený rozpad nemusí byť rýchly. Alfa časticu vnútri viaže jadrová interakcia a mimo jadra čelí elektrostatickej bariére. Kvantová mechanika dáva nenulovú pravdepodobnosť tunelovania. Tá je veľmi citlivá na energiu alfa a vysvetľuje obrovské rozdiely polčasov.

Rozpad jednotlivého jadra je náhodná udalosť. Rozpadová konštanta a polčas opisujú pravdepodobnosť pre veľký súbor rovnakých jadier, nie hodiny odmeriavajúce život konkrétneho atómu. Počet nerozpadnutých jadier v súbore klesá exponenciálne, hoci okamih jedného konkrétneho rozpadu nemožno predpovedať.

Energetické spektrum alfa

Prechody medzi určenými jadrovými stavmi dávajú alfa častice s energiami blízkymi diskrétnym hodnotám. Ich meranie pomáha identifikovať rádionuklidy a skúmať jadrové hladiny. Slabšie čiary môžu zodpovedať prechodom do excitovaných stavov dcérskeho jadra.

Interakcia s látkou

Alfa častica má náboj +2e a pomerne veľkú hmotnosť. Silne ionizuje látku a rýchlo stráca energiu, preto má krátky dosah v porovnaní s beta časticami alebo gama fotónmi. Krátky dosah však automaticky neznamená malý účinok; rozhoduje miesto uloženia energie.

Q-hodnotu možno určiť z rozdielu hmotností materského jadra a produktov. Malá časť Q prejde do spätného rázu ťažkého dcérskeho jadra, pretože zachovanie hybnosti núti pohybovať sa oba produkty. Presné rozdelenie energie určuje ich hmotnosť, nie ľubovoľné delenie na polovicu.

Vyriešené príklady

1. Urán-238

Riešenie

238, 92 → 234, 90.

2. Kontrola zachovania

Riešenie

222 + 4 = 226 oraz / a / in 86 + 2 = 88.

3. Energia spätného rázu

Riešenie

Przy / Při / Pri jednakowym pędzie lżejsza cząstka ma większą energię kinetyczną; większość otrzymuje α.