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Introducción al despido alfa
El desintegración alfa es un proceso fundamental en la física nuclear, uno de los modos primarios de desintegración radiactiva que transforma un núcleo atómico inestable en una configuración más estable. En este modo de desintegración, el núcleo expulsa una partícula alfa, un grupo de dos protones y dos neutrones idénticos a un núcleo helio-4.
¿Qué es una partícula alfa?
La páldica de alfa es una partícula subatómica compuesta de dos protones y dos neutrones, unidos por la fuerza nuclear fuerte. Su masa es de aproximadamente 4.0015 unidades de masa atómica (u), y lleva una carga eléctrica típica de +2e, donde es la carga elemental.
El Mecanismo de Desagrado Alfa
La desintegración alfa ocurre cuando un núcleo es energéticamente inestable hacia la emisión de una partícula alfa. El proceso puede ser descrito por la ecuación de desintegración:
XZ → A−4 Y Z−2 + α (]4[FLT] [FLT] [FLT] [FLT]] [
] [La gran cantidad de energía de la nucleus] [FLT]] [La gran cantidad de energía de la nucleus es la nucleus 238 U (uranium-238) se desintegra a 234
Tunelaje cuántico y la relación Geiger-Nuttall
Una de las más intrigantes características de la desintegración alfa es que la partículas alfa emitidas debe superar la fuerte barrera del Coulomb del núcleo padre. Según la física clásica, una partícula alfa con energía menos que la altura de la barrera sería permanentemente confinada. Sin embargo, la desintegración alfa procede a tasas mensurables incluso cuando la energía cinética de la ola alfa se explica por debajo de la barrera de la repulsión electrostática.
En 1911, Hans Geiger y John Nuttall descubrieron empíricamente una relación entre la constante de decaimiento (λ) de un emisor alfa y la energía (E) de la partícula alfa emitida:
ln λ = a + b ln E
La observación, interpretada ahora a través de la mecánica cuántica, muestra que los núcleos que emiten partículas alfa de mayor energía se desintegran mucho más rápidamente. Las medias vidas de los emisores alfa abarcan una enorme gama, desde microsegundos para elementos como 212[I]
El Q-Value y Decay Energy
El valor Q de una desintegración alfa está determinado por las masas atómicas de los átomos padre e hija (incluyendo electrones, ya que la desintegración alfa reduce Z por 2, por lo que el conteo de electrones disminuye también). En la práctica, el valor Q se calcula como:
Q = [m]parent — (m] c2[2[ ]]
Para ser energéticamente posible, Q debe ser positivo. Para la mayoría de los núcleos pesados sobre plomo (Z ю 82), Q es positivo para la decaimiento alfa debido a la disminución de la energía vinculante por núcleo en esta región. La partícula alfa recibe la mayoría del valor Q; el núcleo hija se recupera con sólo unos pocos cientos de keV. Esta energía del retroceso es todavía significativa, puede causar desplazamiento de latiáceas en el caso sólido
Factores que influyen en el despido alfa
Varios factores intrínsecos y extrínsecos determinan si un núcleo determinado sufrirá decaimiento alfa y cuán rápido procederá la desintegración.
Estabilidad nuclear y energía vinculante
La estabilidad de un núcleo se rige por el equilibrio entre fuerzas nucleares fuertes atractivas (actuando entre todos los núcleos) y fuerzas electrostáticas repulsivas (actuando entre protones). Para elementos pesados, la repulsión de Coulomb se hace significativa porque la carga positiva se distribuye en un volumen grande. Como resultado, la energía de unión por núcleo alcanza un máximo cerca de hierro (A Г espontánea) y luego disminuye.
El modelo de gota líquida
El modelo de gota líquida del núcleo trata núcleos como moléculas en una gota líquida, con tensión superficial y aportes de repulsión de Coulomb. Según este modelo, la decaimiento de alfa ocurre cuando el valor Q positivo supera la barrera de Coulomb.El modelo reproduce con éxito la tendencia que disminuyen las semi-vidas alfa con el aumento de Z y A para núcleos pesados.
Estructura de Shell y Números Mágicos
La teoría de la concha nuclear [LT2] explica que los núcleos con ciertos números "magos" de protones o neutrones (2, 8, 20, 28, 50, 82, 126) han cerrado conchas, análogas a las conchas de electrones cerradas en gases inertes.
Número de masa y número de masa
La desintegración alfa es cada vez más probable a medida que el número atómico se eleva por encima de 82 (sala). Elementos en la serie actinide (Z = 89-103) y elementos transactinidos exhiben comúnmente la desintegración alfa como su modo de descomposición principal. Para elementos sintéticos muy pesados (Z ⁇ 100), la desintegración alfa vivo puede caer a milisegun segundo o menos.
Ejemplos notables de la despensa alfa
La desintegración alfa aparece en varias series radiactivas naturales y se utiliza ampliamente en la investigación de física nuclear.
La cadena de uranio-238
238U, con una media vida de 4.468 mil millones de años, es el isótopo de uranio más abundante. Su decaimiento alfa inicia una serie de 14 pasos (incluyendo las emisiones de alfa y beta múltiples) que termina en estable 206].
238U 92 → 234[Th 90 + α
Esta cadena de desintegración es la base para la datación de las rocas antiguas y los meteoritos con uranio.
La serie Thorium-232
232T (la mitad de la vida 14.05 mil millones de años) se desintegra por emisión alfa a 228Ra, alcanzando finalmente 208]Pb. Thorium es vital en los ciclos de combustible del reactor nuclear, como [LT][LT3]232]
Radium y Radon
226Ra (la mitad de vida 1600 años) es un emisor de alfa común que se encuentra en uranio o en los ores. Su decaimiento alfa produce 222Rn, un isótopo de radón gaseoso que puede acumularse en edificios y plantea un riesgo de cáncer de pulmón grave cuando se inhala.
Polonium-210: Una rápida capa de alfa
210Pocays by alpha emission with a half-life of only 138 days to stable 206Pb. Cada decaimiento libera una partícula alfa de 5.3 MeV. Debido a su alta actividad específica (liberación de energía por gramo), 210[FLT]
Significado del declive alfa en ciencia y tecnología
El estudio de la desintegración alfa se extiende mucho más allá de la física nuclear abstracta; es central para muchas disciplinas prácticas y teóricas.
Acotación radiométrica
[LT] [4 millones de años]
Aplicaciones médicas
Los isótopos de detección de células alfa se utilizan cada vez más en la medicina nuclear, especialmente para la terapia alfa dirigida (TAT).Los métodos de detección de células alfa son adecuados para la muerte de células cancerosas mientras que la terapia con el tejido sano circundante.
Escudo de radiación y seguridad
La exposición al alfa se detiene por una hoja de papel o la capa externa de la piel humana, pero la exposición externa no es peligrosa. Sin embargo, el alto nivel de radiación significa que los materiales alfa emisores dentro del cuerpo —a través de la inhalación, la ingestión o las heridas— pueden producir graves riesgos para la salud.
Energía nuclear y ciclos de combustible
La desintegración alfa juega un papel en la gestión de los desechos nucleares. Muchos productos de fisión con largas medias vidas son emisores beta o gamma, pero los actinides (uranium, plutonio, americium, curium) en la desintegración del combustible nuclear gastada principalmente por emisión alfa. El calor generado por la desintegración alfa debe ser considerado en estrategias de almacenamiento y eliminación, como repositorios profundos geológicos transfálicos
Astrofísica y el Origen de los Elementos
La desintegración alfa está íntimamente conectada con la producción de elementos pesados en las estrellas. Durante la nucleosíntesis estelar, el proceso trialfa fusiona tres núcleos helio en carbono, y las reacciones posteriores alfa-captura construyen núcleos más pesados hasta el hierro.
Conclusión
La desintegración alfa es mucho más que un ejemplo de inestabilidad nuclear de libros de texto. Es un fenómeno de túnel cuántico que rige la transformación de los elementos más pesados, permite la datación de materiales antiguos, proporciona herramientas poderosas para el tratamiento del cáncer, e influye en la gestión de los materiales nucleares y en la búsqueda de elementos superheosos.