Alfa radioaktiivisuus (tai alfa-säteily, symboloi α) on säteilyn aiheuttama alfa rappeutuminen tai muodossa hajoamisen radioaktiivisen jossa atomiydin työntää alfa-hiukkasen ja tulee ydin on massaluku laski 4 ja numero atomi laski 2 .
Vuonna 1898 Ernest Rutherford huomasi, että uraanimalmin lähettämä radioaktiivisuus oli kahden erillisen ilmiön sekoitus, joita hän kutsui α- radioaktiivisuudeksi ja β-radioaktiivisuudeksi . Β-säteilyä tutkitaan aluksi enemmän kuin a-säteilyä, koska jälkimmäinen ei ole kovin tunkeutuva ja siksi vaikeampaa tutkia. Vuonna 1903 Rutherford ja Soddy osoittavat, että alfahiukkaset ovat varautuneita, niiden massan suuruusluokka on kevytatomia ja nopeus on luokkaa 25 000 km / s , toisin sanoen ominaisuudet eroavat huomattavasti niistä elektronien ominaisuuksista, jotka muodostavat β-säteily. Vuonna 1904 William Henry Bragg huomasi, että a-hiukkasen emissionopeus on ominaista sitä säteilevälle radioaktiiviselle atomille. Samanaikaisesti Rutherford mittaa a-hiukkasen massan ja sen varauksen välistä suhdetta. Lisäksi Rutherford ja Hans Geiger hallita laskea yksitellen α hiukkaspäästöt näyte radium , mikä tekee mahdolliseksi päätellä vastaa yhden hiukkasen ja sen vuoksi sen massa: ne saavat todiste siitä, että α hiukkaset ovat helium -atomia , jossa menettivät negatiiviset latauksensa. Tämän mittauksen avulla voidaan myös arvioida radiumin puoliintumisaika 1760 vuodessa ja määrittää Avogadro-luvun arvo lähellä muita tuolloin saatuja arvoja. Vuonna 1909 Rutherford koe suoritettiin joka toteen atomin ytimen ansiosta pommituksen lehtikullalla mukaan α hiukkasia.
Alfa-hajoamista voidaan pitää ydinfissiomuotona, jossa vanhempi ydin jakautuu kahdeksi tytärytimeksi, joista toinen on heliumydin.
tai
jossa edustaa massan määrä (numero nukleoneja), atomi numero (lukumäärä protoneja).
Nopeasti ilmestyi merkittävä yhteys reaktion käytettävissä olevan energian (käytännössä a-hiukkasen kineettisen energian) ja isän ytimen radioaktiivisen puoliintumisajan välillä : jaksot ovat sitä suurempia, koska käytettävissä oleva energia on pieni. Tämä havainto johti hajoamisen tulkintaan johtuen tunnelointivaikutuksesta ydinsisäisen potentiaalikaivon ja kahden lopullisen ytimen välissä olevan Coulombin potentiaalisen esteen ulkopinnan välillä; tämä on Gamowin mallin perusta .
Jos fissioiden tapausta lukuun ottamatta, alfasäteily on käytännössä ainoa tapa, jolla atomi voi menettää nukleoneja, ts. 4 x 4 (2 neutronia + 2 protonia)
Energiatasolla α-hajoaminen esittää viivaspektrin , joka osoittaa isän ja lapsen ytimen massaerojen eron.
Joillekin isotoopeille viiva on ainutlaatuinen, mutta toisille sama emoydin voi (tilastollisesti) johtaa lapsen ytimeen useissa eri tiloissa: joko sen perus tai yksi viritetyistä tiloista, se pidättää osan energiasta vähennettynä α-partikkelin vastaanottama. Tällöin on olemassa sarja viivoja, joiden intensiteetti riippuu kunkin siirtymän todennäköisyydestä.
Jos tuloksena oleva ydin on viritetyssä tilassa, joka ei ole metastabiili , gammasäteilyä havaitaan melkein samanaikaisesti alfa-hajoamisen kanssa virityksen poistamisella palatakseen perustilaan . Yksityiskohtainen hiukkasen hajoaminen kaavio osoittaa suhteellisen todennäköisyys jokaisen rivin ja kaikki siihen liittyvät gammasäteilyä.
Suhteellisen suuri a-hiukkasen massa vähentää sen nopeutta vastaavalla määrällä tietylle energialle. Koska alfa-radioaktiivisuuteen liittyvä energia on aina alle 10 MeV, useimmissa tapauksissa noin 5 MeV - ts. Nopeus 15 300 km / s -, ei riitä, että säteilevät a-hiukkaset ovat relativistisia. Tämä tosiasia liittyy varauksellisten hiukkasten ominaispiirteisiin (Z = 2), mikä antaa niille pienen tunkeutumisen (muutama senttimetri ilmassa).
A-hiukkasella, jonka massa on merkityksetön, reagoiva impulssi välittyy säteilevälle ytimelle, joka pysyy kohtuullisena (nopeus noin 280 km / s) olematta täysin vähäpätöinen.
Arvio hiukkasen ja säteilevän ytimen keskinopeuksista ja energioistaAtomimassat ja hiukkasten massat
Keskimääräinen nukleonimäärä alfa-emitterissä ennen hiukkasen emissiota = 224 (neljän hajoamisketjun a-emitterien keskimääräinen atomimassa , ts.
Hiukkasen massa a
amu ja 1 kpl järjestyksessäAtomin massa hiukkaspäästön jälkeen;
amu ja 1 kpl järjestyksessäVauhdin säilyttäminen:
Energiatase : Hajoamisen aikana vapautunut kokonaisenergia α = 5 MeV = 8,011E -13 J
Numeerisesti:
Uraanin 238 hajoaminen on kirjoitettu:
Se voidaan määrittää muodossa:
Itse asiassa alfa-partikkeli on heliumydin, ja hajoaminen säilyttää nukleonien kokonaismäärän ja kokonaissähkövarauksen hyvin.
Torni 234 muuttuu alavirtaan uraaniksi 234 , jonka puoliintumisaika on pitkä (245 500 vuotta), läsnä luonnollisessa uraanissa ja joka on uraanin 238 todellinen "poika" sen hajoamisketjussa .
Todellakin a-hiukkasen emissiolla muodostunut torium 234 on menettänyt 2 protonia tasapainosuhteeseen verrattuna (uraani 238 tai torium 232) ja sen on havaittu olevan yli neutronien.
Toinen yleinen esimerkki on radion hajoaminen, joka muuttuu radoniksi :