Alpha-Zerfall ist ein Typ des radioaktiven Zerfalls, in dem ein Atomkern ein Alphateilchen (zwei Protone und zwei Neutronen) ausstrahlt und dadurch (oder 'Zerfall') in ein Atom mit einer Massenzahl 4 weniger und Atomnummer 2 weniger umgestaltet. Zum Beispiel:

 +

der auch als geschrieben werden kann:

 +,

da ein Alphateilchen dasselbe als ein Helium 4 Kern ist, der Massenzahl 4 und Atomnummer 2 hat. Es hat auch eine Anklage +2, aber die Anklage wird gewöhnlich in Kerngleichungen nicht geschrieben, die Kernreaktionen beschreiben, ohne die Elektronen zu denken. Diese Tagung wird nicht gemeint, um anzudeuten, dass die Kerne notwendigerweise in neutralen Atomen vorkommen.

Alpha-Zerfall ist bei weitem der grösste Teil der Standardform des Traube-Zerfalls, wohin das Elternteilatom eine definierte Tochter-Sammlung von Nukleonen vertreibt, ein anderes definiertes Produkt zurücklassend (in der Atomspaltung, werden mehrere verschiedene Paare von Töchtern ungefähr der gleichen Größe gebildet). Alpha-Zerfall ist der wahrscheinlichste Traube-Zerfall wegen der vereinigten äußerst hohen Bindungsenergie und relativ kleinen Masse des Heliums 4 Produktkern (das Alphateilchen).

Alpha-Zerfall, wie anderer Traube-Zerfall, ist im Wesentlichen ein Quant tunneling Prozess. Verschieden vom Beta-Zerfall wird Alpha-Zerfall durch das Wechselspiel zwischen der Kernkraft und der elektromagnetischen Kraft geregelt.

Alpha-Zerfall kommt normalerweise im schwersten nuclides vor. In der Theorie kann es nur in Kernen vorkommen, die etwas schwerer sind als Nickel (Element 28), wo die gesamte Bindungsenergie pro Nukleon nicht mehr ein Minimum ist, und die nuclides deshalb zu spontanen Spaltungstyp-Prozessen nicht stabil sind. In der Praxis ist diese Weise des Zerfalls nur im nuclides beobachtet worden, der beträchtlich schwerer ist als Nickel mit dem leichtesten bekannten Alpha-Emitter, der die leichtesten Isotope (Massenzahlen 106-110) des Tellurs (Element 52) ist.

Alphateilchen haben eine typische kinetische Energie von 5 MeV (d. h.  0.13 % ihrer Gesamtenergie, d. h. 110 TJ/kg) und eine Geschwindigkeit von 15,000 km/s. Das entspricht einer Geschwindigkeit von ungefähr 0.05 c. Es gibt überraschend kleine Schwankung um diese Energie wegen der schweren Abhängigkeit der Halbwertzeit dieses Prozesses auf der erzeugten Energie (sieh Gleichungen im Gesetz von Geiger-Nuttall).

Wegen ihrer relativ großen Masse, +2 elektrischer Anklage und relativ niedriger Geschwindigkeit, werden Alphateilchen sehr wahrscheinlich mit anderen Atomen aufeinander wirken und ihre Energie verlieren, so wird ihre Vorwärtsbewegung innerhalb von einigen Zentimeter Luft effektiv angehalten.

Der grösste Teil des Heliums, das auf der Erde (etwa 99 % davon) erzeugt ist, ist das Ergebnis des Alpha-Zerfalls von unterirdischen Ablagerungen von Mineralen, die Uran oder Thorium enthalten. Das Helium wird zur Oberfläche als ein Nebenprodukt der Erdgas-Produktion gebracht.

Geschichte

Alphateilchen wurden zuerst in den Untersuchungen der Radioaktivität von Ernest Rutherford 1899 beschrieben, und vor 1907 wurden sie als Er Ionen identifiziert. Für mehr Details dieser frühen Arbeit, sieh Alpha particle#History der Entdeckung und des Gebrauches.

Vor 1928 hatte George Gamow die Theorie des Alpha-Zerfalls über tunneling gelöst. Das Alphateilchen wird in einem Potenzial gut durch den Kern gefangen. Klassisch wird es verboten zu flüchten, aber gemäß den (dann) kürzlich entdeckten Grundsätzen der Quant-Mechanik hat es einen winzigen (aber Nichtnull) Wahrscheinlichkeit von "tunneling" durch die Barriere und auf der anderen Seite scheinend, dem Kern zu entkommen. Gamow hat ein Musterpotenzial für den Kern gelöst und hat abgestammt, von den ersten Grundsätzen, einer Beziehung zwischen der Halbwertzeit des Zerfalls und der Energie der Emission, die vorher empirisch entdeckt worden war, und war als das Gesetz von Geiger-Nuttall bekannt.

Gebrauch

Americium 241, ein Alpha-Emitter, wird in Rauchmeldern verwendet. Die Alphateilchen ionisieren Luft zwischen einer kleinen Lücke. Ein kleiner Strom wird diese ionisierte Luft durchgeführt. Rauch-Partikeln vom Feuer, die in die Luftlücke eingehen, reduzieren den aktuellen Fluss, die Warnung erklingen lassend.

Alpha-Zerfall kann eine sichere Macht-Quelle für das Radioisotop thermoelektrische Generatoren zur Verfügung stellen, die für Raumsonden und künstliche Herzpacemaker verwendet sind. Alpha-Zerfall wird viel leichter gegen beschirmt als andere Formen des radioaktiven Zerfalls. Plutonium 238 verlangt zum Beispiel, dass nur 2.5 Millimeter der Leitungsabschirmung gegen die unerwünschte Radiation schützen.

Statische eliminators verwenden normalerweise Polonium 210, ein Alpha-Emitter, um Luft zu ionisieren, das Erlauben 'statisch klammert sich fest', um sich schneller zu zerstreuen.

Giftigkeit

Relativ schwer seiend und positiv beladen neigen Alphateilchen dazu, einen sehr kurzen freien Mittelpfad zu haben, und schnell kinetische Energie innerhalb einer kurzen Entfernung ihrer Quelle zu verlieren. Das läuft auf mehrere MeV hinaus, die auf ein relativ kleines Volumen des Materials ablegen werden. Das vergrößert die Chance des Zellschadens in Fällen der inneren Verunreinigung. Im Allgemeinen ist Außenalpha-Radiation nicht schädlich, da Alphateilchen durch einige Zentimeter Luft, ein Stück von Papier oder die dünne Schicht von toten Hautzellen effektiv beschirmt werden. Sogar das Berühren einer Alpha-Quelle ist gewöhnlich nicht schädlich, obwohl viele Alpha-Quellen auch von Beta ausstrahlenden Radiotöchtern begleitet werden, und Alpha-Emission auch durch die Gammafoton-Emission begleitet wird. Wenn Substanzen, die Alphateilchen ausstrahlen, aufgenommen werden, eingeatmet haben, eingespritzt haben oder durch die Haut eingeführt haben, dann konnte sie auf eine messbare Dosis hinauslaufen.

Die biologische Verhältniswirksamkeit (RBE) der Alpha-Radiation ist höher als dieses des Betas oder der Gammastrahlung. RBE misst die Fähigkeit der Radiation, bestimmte biologische Effekten, namentlich entweder Krebs oder Zelltod für die gleichwertige Strahlenaussetzung zu verursachen. Der höhere Wert für die Alpha-Radiation ist dem hohen Koeffizienten der geradlinigen Energieübertragung (LET) allgemein zuzuschreibend, der über eine Ionisation eines chemischen Bandes für jedes Angström des Reisens durch das Alphateilchen ist. Der RBE ist am Wert von 20 für die Alpha-Radiation durch verschiedene Regierungsregulierungen gesetzt worden. Der RBE wird an 10 für das Neutronausstrahlen, und an 1 für die Beta-Radiation und in Ionen zerfallenden Fotonen gesetzt.

Jedoch ist ein anderer Bestandteil der Alpha-Radiation der Rückstoß des Elternteilkerns, genannte Alpha-Rückstoß. Wegen der Bewahrung des Schwungs, der den Elternteilkern verlangt zurückzuschrecken, handelt die Wirkung viel wie der 'Stoß' eines Gewehr-Kolbens, wenn eine Kugel in die entgegengesetzte Richtung hineingeht. Das gibt einen bedeutenden Betrag der Energie zum zurückschreckenden Kern, der auch Ionisationsschaden verursacht. Die Gesamtenergie des Rückstoß-Kerns ist sogleich berechenbar, und ist grob das Gewicht des Alphas (4 u) geteilt durch das Gewicht des Elternteils (normalerweise ungefähr 200 u) Zeiten die Gesamtenergie des Alphas. Durch einige Schätzungen könnte das für den grössten Teil des inneren Strahlungsschadens verantwortlich sein, weil die Rückstoß-Kerne normalerweise schwere Metalle sind, die sich bevorzugt auf den Chromosomen versammeln. In einigen Studien ist das auf einen RBE das Nähern 1,000 statt des in Regierungsregulierungen verwendeten Werts hinausgelaufen.

Der größte natürliche Mitwirkende zur öffentlichen Strahlendosis ist radon, ein natürlich Auftreten, radioaktives Benzin, das in Boden und Felsen gefunden ist. Wenn das Benzin eingeatmet wird, können einige der radon Partikeln dem inneren Futter der Lunge anhaften. Diese Partikeln setzen fort, zu verfallen, Alphateilchen ausstrahlend, die Zellen im Lungengewebe beschädigen können. Der Tod von Marie Curie mit 66 von Leukämie wurde wahrscheinlich durch die anhaltende Aussetzung von hohen Dosen der ionisierenden Strahlung herbeigeführt, aber es ist nicht klar, wenn das wegen der Alpha-Radiation oder Röntgenstrahlen war. Curie hat umfassend mit Radium gearbeitet, das in radon zusammen mit anderen radioaktiven Materialien verfällt, die Beta und Gammastrahlung ausstrahlen. Jedoch hat Curie auch mit ungeschützten Röntgenstrahl-Tuben während des Ersten Weltkriegs gearbeitet, und die Analyse ihres Skelettes während eines Wiederbegräbnisses hat eine relativ niedrige Stufe der Radioisotop-Last gezeigt.

denkt, ist der 2006-Mord des russischen Dissidenten Alexander Litvinenko durch Strahlenvergiftung mit Polonium 210, ein Alpha-Emitter ausgeführt worden.

Siehe auch

• Alphateilchen
• Beta-Zerfall
• Alpha-Emitter durch die Erhöhung der Energie (Anhang 1)

Außenverbindungen

• Die LIVEChart von Nuclides - IAEO mit dem Filter auf dem Alpha verfallen