فروپاشی آلفا چیست؟

این نوع فروپاشی شامل انتشار خود به خودی یک ذره آلفا از هسته رادیواکتیو بوده و با کاهش عدد جرمی اتمی هسته تا 4 و عدد اتمی تا 2 انجام می گردد. به همین دلیل است که ذره آلفا از چهار نوکلید تشکیل شده که دو تا از آن ها پروتون و دو تا نیز نوترون می باشد. بنابراین، هسته به واسطه انتشار ذره آلفا به عنصر دیگری تبدیل می گردد.

سؤال بعدی که ممکن است در ذهن شما ایجاد شود این است که فروپاشی چگونه رخ می دهد. چرا هسته های رادیواکتیو به صورت خود به خودی یک ذره آلفا را از خود انتشار می دهند؟ جواب این سؤالات در درک ماهیت نیروهایی که در هسته اتم و ترکیب آن نقش ایفاء می کنند، نهفته است.

هسته از پروتون ها و نوترون هایی که با کمک نیروی هسته ای قوی در کنار هم قرار دارند، تشکیل شده که این نیرو بسیار قوی تر از نیروی الکترومغناطیسی می باشد. از آن جا که همه ی پروتون ها دارای بار مثبت هستند، همدیگر را دفع می کنند. در صورتی که نیروی هسته ای قوی آن ها را در کنار هم نگه ندارد، هسته هرگز پایدار نمی ماند. با این حال، در عناصر بالاتر مانند اورانیوم، تعداد پروتون ها نسبتا بالا بوده و بنابراین نیروی الکترومغناطیسی دافعه دارند. چنین هسته ای ناپایدار بوده و مستعد تبدیل به عنصر دیگر از طریق پدیده فروپاشی رادیواکتیو می باشد.

جهت انتشار ذره آلفا، نیاز به غلبه بر نیروی قوی هسته ای می باشد و از نظر کلاسیک انرژی لازم برای انجام این کار وجود ندارد. با این حال، از طریق پدیده تونل زنی کوانتومی می توان بر پتانسیل هسته به خوبی غلبه کرد.فیزیک کوانتومی پیش بینی می کند که احتمال کمی وجود دارد که ذره آلفا بتواند بر دیواره پتانسیل هسته ای با تونل زنی از طریق آن غلبه کند. نظریه کوانتومی پایه ی فروپاشی آلفا در سال 1928 توسط جورج گاموف ارائه گردید.

ذره آلفا انتشار یافته با سرعت متوسط 15000 کیلومتر بر ثانیه و انرژی جنبشی 5 میلی اکی والان حرکت می کند. انرژی این ذرات همیشه برای فرایند فروپاشی آلفا ثابت می باشد. در واقع پرتو انتقال دهنده انرژی از راه تابش است. هنگامی که پرتوی انرژی خود را از دست بدهد دیگر پرتو نیست. پرتو می تواند وارد اتم بشود و با برخورد به الکترون ها و یا هسته، اتم را از حالت عادی و طبیعی خارج کند. پرتو در هر برخورد بخشی از انرژی خود را از دست می دهد و در نهایت متوقف می شود. برای مثال پرتوهای آلفا و پروتون پس از متوقف شدن از حالت پرتوی خارج شده و به هسته اتمی تبدیل می گردند. پرتوها می توانند ذره یا امواج الکترومغناطیسی باشند.

ذرات آلفا را در ابتدا به عنوان کم نفوذترین تابش هایی که از مواد طبیعی گسیل می شوند، شناسایی کردند. در سال 1903 رادرفورد نسبت بار به جرم آنها را با استفاده از انحراف ذرات آلفایی حاصل از فروپاشی رادیوم در میدان های الکتریکی و مغناطیسی تعیین کرد. علی رغم مشکل بودن این آزمایش های اولیه، نتیجه رادرفورد 25 درصد بیش از مقدار پذیرفته شده فعلی بود و در سال 1909 رادرفورد نشان داد همان طور که حدس زده می شد ذرات آلفا واقعا از هسته های هلیوم تشکیل شده اند.