Альфа-розпад
Альфа-розпад — перетворення важкого нестабільного ядра з випромінюванням альфа-частинки, тобто ядра гелію-4 з двома протонами і двома нейтронами. Масове число материнського ядра зменшується на 4, атомний номер — на 2.
Баланс ядерної реакції
Для материнського ядра (A,Z) після альфа-розпаду дочірнє має (A−4,Z−2). Альфа-частинка несе заряд +2e. У повному записі мають зберігатися заряд, число нуклонів, енергія та імпульс.
Квантове тунелювання
У класичній картині альфа-частинці часто не вистачило б енергії, щоб перелетіти через кулонівський бар’єр. Квантова механіка дозволяє ненульову ймовірність тунелювання крізь бар’єр. Саме надзвичайна чутливість цієї ймовірності до енергії пояснює величезний діапазон періодів напіврозпаду альфа-активних нуклідів.
Розподіл енергії
Q-значення переходить переважно в кінетичну енергію альфа-частинки та віддачу дочірнього ядра. Імпульси двох продуктів у системі спокою материнського ядра протилежні й рівні за модулем, тому легша альфа-частинка отримує більшу частину кінетичної енергії.
Іонізація і проникнення
Альфа-частинка важка і має подвійний позитивний заряд, тому дуже інтенсивно іонізує речовину й швидко втрачає енергію. Її пробіг у повітрі та тканині невеликий. Зовнішнє альфа-джерело часто легко екранувати, але потрапляння альфа-активної речовини всередину організму може бути небезпечним.
Які ядра схильні до альфа-розпаду
Процес типовий для важких ядер, де зменшення Z і A може перевести систему в енергетично вигіднішу область. Сам факт додатного Q ще не задає швидкість: період напіврозпаду дуже сильно залежить від висоти й ширини кулонівського бар’єра та тунельної ймовірності.
Зв’язок Гейгера—Неттола
Емпірично більш енергійні альфа-частинки часто відповідають коротшим періодам напіврозпаду. Квантове тунелювання пояснює цю закономірність: невелика зміна енергії може змінити проникність бар’єра на багато порядків.
Дискретні альфа-лінії
Для конкретного переходу між визначеними ядерними станами енергія альфа-частинки майже фіксована, з урахуванням віддачі та можливих збуджених станів дочірнього ядра. Тому альфа-спектри часто мають дискретні лінії, які допомагають ідентифікувати радіонукліди.
Радіаційний захист
Низька проникність не означає низької біологічної дії. Через щільну іонізацію альфа-випромінювач особливо небезпечний при вдиханні або потраплянні з їжею. Оцінка ризику тому залежить не лише від типу випромінювання, а й від шляху надходження та розподілу речовини.
Вправа
Ядро з Z=92 і A=238 зазнає альфа-розпаду. Якими будуть Z і A дочірнього ядра?
Розв’язання
Альфа-частинка забирає 2 протони і 4 нуклони. Тому Z=90, A=234.