Альфа-распад: что это такое и что происходит в процессе альфа-распада

Квантовая физика – наиболее непонятный для человеческого сознания раздел науки о законах природы. Микромир абсолютно не такой, как окружающий, его элементы ведут себя иначе, процессы в них протекают на порядки быстрее. Атомные ядра одних химических элементов могут существовать сколь угодно долго, других – самопроизвольно превращаются в ядра иных элементов. Этот процесс называется радиоактивностью.

Понятие радиоактивности

Под радиоактивным распадом или радиоактивностью подразумевают процесс спонтанного самопроизвольного распада ядра, изменение его строения посредством испускания элементарной частицы. Изначальное ядро называется материнским, получившееся вследствие трансформации – дочерним. 

В зависимости от типа излучаемых частиц различают несколько видов изменения состава ядер: альфа, бета, гамма. 

Альфа-распад – это процесс самопроизвольного разложения ядра на ядро-продукт (дочернее) и альфа-частицу, представленную гелием 24He. Изначально предполагалось, что нестабильными являются только атомные ядра элементов, массовое число которых выше 140. Позже эксперименты показали, что испусканию α-частиц (нестабильны) подвержены химические элементы, порядковый номер которых не менее 83 – висмут. Это не значит, что все расположенные за свинцом (номер 82) элементы опасны для живых организмов.

В тяжёлых ядрах находятся частицы с положительным зарядом, сформированные парой протонов и нейтронов – гелий 4. Они более подвержены воздействию сил Кулона, чем единичный протон, меньше притягиваются к ядерным нуклонам. Образовавшись, альфа-частица с определённой вероятностью отталкивается от потенциального барьера, но может и преодолеть его. Со снижением потенциала пары протоны-нейтроны её проницательная способность падает по экспоненте. Отсюда следует, что нестабильные ядра с малой энергией α-частиц обладают большим временем жизни. Она вычисляется по формуле:

 где e – число Эйлера или основание натурального логарифма.

Формула альфа-распада

Немного цифр и фактов. α-частицы – электромагнитное излучение с большой длиной волны и низкой энергией. Они способны оказывать сильное ионизирующее воздействие, однако обладают малой проникающей способностью, быстро теряют энергетический запас. Их энергии недостаточно даже для преодоления верхних слоев кожи человека. Проникающая способность самых высокоэнергетических α-частиц едва превышает 0,1 мм, в воздухе они способны «пролетать» до 10 см.

Скорость, с которой пара протоны-нейтроны преодолевает потенциальный барьер, у неодима достигает 9 400 км/с, для полония – 23 700 км/с. Формула альфа-распада следующая:

ZAX > Z-2A-4Y+24He, где:

• A – массовое число;
• Z – порядковый номер.

При α-распаде массовое число ядра снижается на четыре, а заряд – на два – радиоактивный элемент понижается в периодической системе на два номера. Например, борий (107) распадается на гелий и дубиний (107). Изначально испускаемые изотопами ядра альфа-частицы имеют одинаковую кинетическую энергию или два-три её значения.