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Ein Atomkern links zerfällt unter Emission des Alphateilchens rechts.

Alphastrahlung in der oberen Abbildung wird bereits von einem Blatt Papier gestoppt. Vor dem Betastrahlung ist schon ein Aluminium Teller benötigt und gamma Strahlen auch durch sehr dicke Materialien.

Es Alphateilchen, abgekürzt α-Teilchen, besteht aus zwei Neutronen und zwei Protonen. Es ist identisch mit a Atomkern von Helium-4. Bei der radioaktiver Zerfall schwere Elemente sind in vielen Fällen Alphateilchen in Form von form Strahlung ausgewiesen. Diese Strahlung wird Alphastrahlung genannt, eine Strahlung, die ihre Umgebung verändern kann ionisieren.

Stabile Partikel

Das starke Kernkraft hält das Alphateilchen so stark zusammen, dass dieser Kern sehr stabil ist. Das Bindungsenergie pro Nukleon ist in einem Alphateilchen sehr hoch. Die Bindungsenergie von Isotopen aus dem losen Proton erreicht am Alphateilchen ein erstes Maximum. Eine Folge dieser starken Bindung ist, dass keine Kerne mit fünf oder acht Nukleonen existieren, weil sie sofort in ein Alphateilchen und ein Proton bzw. Neutron in zwei Alphateilchen zerfallen würden.

Die Protonen und Neutronen in einem Alphateilchen befinden sich in einer s1/2-Schale mit isospin l = 0 , mit Gesamtkernspin 0 und einem geraden Parität.^[1]

In Sternen wie der Sonne werden Alphateilchen mit hoher Dichte und einer Temperatur von 15 Millionen Kelvin im In produziert Proton-Proton-Zyklus, ab 4 Protonen. Das Energie die zur Fusion führt, kann durch die Ruhemassen der ersten sechs Protonen M . bestimmt werden₁ und dann ein Alphateilchen und zwei Protonen M₂ voneinander zu subtrahieren. Es stellt sich heraus, dass diese Differenz 0,7% von M . beträgt₁ ist. Diese Energie verteilt sich auf die Produkte der Proton-Proton-Reaktionen. Während der ersten Reaktion, Produktion von Deuteriumkerne, etwas werden Neutrino und bildete ein Positron. Das Positron wird fast augenblicklich mit einem benachbarten Elektron vernichtet, und gamma Strahlen produzieren; die zweite Antwort auf Helium-3 produziert auch Gammastrahlen und an der dritten, zu Alphateilchen, werden wieder Protonen gebildet.^[2] Die Energie aus all diesen Reaktionen kann berechnet werden durch ${Displaystil E=(M_{1}-M_{2}) c^{2}}$. Dies ist die Hauptenergiequelle der Sterne, einschließlich unserer Sonne. Die nachfolgenden Fusionsreaktionen haben eine immer geringere Energieausbeute und benötigen daher weniger Zeit.

Es Anti-Alpha-Teilchen wurde erstmals 2011 angenommen Physiker des Reis Universität in Houston, USA beobachtet.^[3]

Alphazerfall

Das Alpha-Teilchen ist extrem stabil und verhält sich wie ein unabhängiges Teilchen mit viel Bindungsenergie. Ein Alphateilchen kann die Barriere der starken anziehenden Kernkraft leichter passieren als ein schwereres Teilchen in einem instabilen Atomkern mit zu vielen Neutronen im Verhältnis zur Anzahl der Protonen.

Der Weg für einen Atomkern mit zu vielen Neutronen im Verhältnis zur Anzahl der Protonen, um möglichst effizient in einen stabileren Zustand zu gelangen, ist die Emission eines Alphateilchens. Daher gibt es Alphazerfall, aber keinen Protonen-, Neutronen- oder Kohlenstoffzerfall. Es gibt verschiedene Atomkerne, die ein Alphateilchen aussenden, also abgelaufen.

Radionuklide sind Nuklide mit einem instabilen Atomkern, die durch radioaktiven Zerfall in andere Elemente übergehen, beispielsweise durch die Emission eines Alphateilchens.

Ablaufzeit und potenzielle Barriere

Gelegentlich bilden sich im Kern Alphateilchen, die Tunneleffekt kann manchmal dem Potenzial des Atomkerns entkommen. Ihre Energie (4-9 MeV) ist viel geringer als die hohe Barriere der kombinierten Coulomb-Kraft und starke Kernkraft: Dies sind 40 MeV für die meisten Alpha-Strahler. Dies kann mit der Quantenmechanik berechnet werden.^[4] Das Geiger-Nutall-Gesetz liefert eine empirische Beziehung zwischen den Ablaufzeit und die Energie der emittierten Alphateilchen.

Es stellt sich heraus, dass die Fluchtwahrscheinlichkeit, die Abklingzeit, sehr empfindlich von der Höhe und Breite der Barriere abhängt. Daher gibt es einen großen Unterschied in der Zerfallszeit um einen Faktor von zwei in der Alpha-Energie.

Feine Struktur

Die Alphateilchen eines Kerns haben genau definierte Energien. Das ist in a Nebelgefäß erkennt man an den festen Längen der Gleise. Beispielsweise ²³⁸Sie geben Alphateilchen mit 4,18 MeV und 4,13 MeV, weil der verbleibende Kern in einem angeregten oder Grundzustand verbleibt. gamma Strahlen folgt einem solchen Alpha-Zerfall in einen angeregten Zustand. Der Übergang von Wismut-212 zu Thallium-208 setzt Alphateilchen mit bis zu sechs verschiedenen Energien frei.

Entdeckung

Ein Alphateilchen wird aufgrund seiner elektrischen Ladung in einem Magnetfeld, das von uns wegläuft, nach oben abgelenkt.

Ernest Rutherford notiert in 1898 Beachten Sie, dass in einem Magnetfeld ionisierende Strahlung von einer Quelle von Thorium oder Uran fiel in zwei Arten: die Alphastrahlung, wie er es nannte, war leicht zur Seite gebogen, die Betastrahlung, auch sein Name, viel stärker umgekehrt.

Rutherford maß das Verhältnis der Masse zur elektrischen Ladung des Alphateilchens und vermutete, dass Alphateilchen Heliumkerne seien. Deuteriumkerne mit dem gleichen Verhältnis waren noch nicht bekannt.^[5] Dass es sich tatsächlich um Heliumkerne handelte, zeigte ein Experiment, bei dem die Alphateilchen durch ein dünnes Glasfenster in eine Vakuumröhre geschossen und dort in ein elektrisches Feld wurden zum Leuchten gebracht, also wenn Gasentladungsröhre. Es wurde festgestellt, dass das Spektrum des unbekannten Gases der Alphateilchen mit dem von Helium übereinstimmt.

Es wurde in einem anderen Experiment gefunden, dass Rutherford in 1909 mit Hans Geiger und Ernest Marsden erkannt, wie leer Atome sind. Sie feuerten auf eine Goldfolie, die Alpha-Partikel aus einer Uran(III)-Bromidquelle enthielt. Nur wenige Alphateilchen wurden von der Goldfolie gestreut, die meisten passierten die Goldfolie ohne die Richtung zu ändern.

Anwendungen

• Die meisten Rauchmelder enthalten eine kleine Menge des Alphastrahlers Americium-241. Die Alphateilchen ionisieren die Luft in einem Spalt, so dass die Luft leitfähig wird und durch eine angelegte elektrische Spannung ein kleiner elektrischer Strom fließen kann. Rauchpartikel eines Feuers unterbrechen oder reduzieren diesen elektrischen Strom, auf den der Alarm eingestellt ist. Das verwendete Isotop ist hochgiftig, wenn es in den Körper gelangt, aber das Risiko ist minimal, wenn die Quelle verschlossen gehalten wird. Rauchmelder dürfen nicht dem normalen Abfall beigefügt werden, sondern müssen separat als radioaktiver Abfall gesammelt werden.

• Alphazerfall kann Energie liefern für Raumsonden und Herzschrittmacher. Die Alphateilchen sind leicht zu fangen. Der Alphastrahler Plutonium-238 z.B. benötigt nur 2,5 mm führen um die Strahlung abzuschirmen.

• Der Alphastrahler Polonium-210 ist weit verbreitet, um statische Elektrizität löschen.

• Alpha-Teilchen können verwendet werden als Strahlentherapie zu Tumore mit zu kämpfen. Alpha-Strahlung aus einer Quelle in der Nähe des Tumors schädigt das Tumorgewebe, wird aber leicht absorbiert, so dass gesundes Gewebe nicht in Gefahr ist.

• die russ Alexander Litwinenko wurde am 1. November 2006 mit Vergiftungssymptomen in ein Londoner Krankenhaus eingeliefert. Dort starb er am 23. November 2006. Es stellte sich heraus, dass er radioaktives Polonium erhalten hatte.

Webseiten

• (und) Internationale Atomenergiebehörde IAEC. Live-Diagramm der Nuklide. einfache Nuklidtabelle inklusive Alphastrahler
• (und) Youtube. Der Einfluss von Alphateilchen auf Verpackungsmaterialien.

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