Alfasönderfall
Alfasönderfall är en kärnomvandling där en tung instabil kärna avger en alfapartikel, alltså en helium-4-kärna. Bokföringen för A och Z är enkel, men energi, rekyl och kvanttunnling avgör den djupare fysiken bakom processen.
Kärnbokföringen
En alfapartikel består av två protoner och två neutroner. Om moderkärnan har masstal A och atomnummer Z får dotterkärnan A − 4 och Z − 2. Nukleontal och elektrisk laddning balanserar därmed på båda sidor.
(A, Z) → (A − 4, Z − 2) + ⁴₂He
Q-värde, alfaenergi och rekyl
Masskillnaden mellan starttillstånd och produkter visar sig som frigjord energi. I moderkärnans vilosystem får dottern och alfapartikeln lika stora men motsatta rörelsemängder. Eftersom dotterkärnan är mycket tyngre får alfapartikeln större delen av den kinetiska energin. Väldefinierade kärnnivåer ger nästan diskreta alfaenergier.
Varför positivt Q ändå kan ge lång halveringstid
Q > 0 säger bara att sönderfallet är energetiskt tillåtet. Alfapartikeln måste fortfarande ta sig genom Coulombbarriären. Kvanttunnling ger en ändlig sannolikhet för detta och den är extremt känslig för alfaenergin; små energiskillnader kan därför ge enorma skillnader i halveringstid.
Växelverkan med materia
Alfapartiklar är relativt tunga och har laddning +2e. De joniserar kraftigt och förlorar snabbt energi, så räckvidden är kort jämfört med beta och gamma. Kort räckvidd betyder inte automatiskt ofarligt: effekten beror på den deponerade energin och starkt på var det radioaktiva ämnet finns.
Lösta exempel
1. Slutför en alfasönderfallsekvation
Lösning
Uran-238 har A = 238 och Z = 92. Efter alfaemission är A = 234 och Z = 90, alltså torium-234.
2. Kontrollera bevarandet
Lösning
För A = 226 och Z = 88 måste dottern ha A = 222 och Z = 86. Alfapartikeln bidrar med A = 4 och Z = 2, så ursprungsvärdena återställs.
3. Jämför rekylenergier
Lösning
Alfa och dotter har samma rörelsemängdsbelopp. Vid samma rörelsemängd får den lättare massan större kinetisk energi; alfapartikeln får därför större delen av den kinetiska energin.