Что такое альфа распад

Сегодня мы поговорим о том, что же такое альфа распад и как его можно объяснить с точки зрения классической и альтернативной теорий. Существование материального мира возможно лишь благодаря тому, что структуры, из которых состоит любое вещество, обладают достаточной устойчивостью. Силы, связывающие частицы в атомах воедино, являются основой, обеспечивающей существование всей Вселенной. Современные модели атомного устройства позволяют не только формулировать законы, но и объяснять многие наблюдаемые явления микромира. В рамках планетарной модели в центре каждого атома находится ядро, включающее в себя протоны и нейтроны в равных долях. Соотношение протонов, нейтронов и электронов представляется как 1:1:1. Это только на первый взгляд кажется невероятным, на самом же деле данная зависимость является следствием одного из ключевых законов мироздания: электрический заряд электрона равен -1, протона +1, а нейтроны, будучи объединением двух более мелких противоположно заряженных элементов, в целом электронейтральны (кстати, отсюда и название).

Видео: ядерная физика 2 (ядерные реакции, период полураспада)

Благодаря кулоновским силам протоны в ядре отталкиваются друг от друга, но уравновешивающее сильное взаимодействие удерживает частицы вместе. Что же такое альфа распад? Механизм его возникновения очень прост: если протоны отдаляются друг от друга, то сила электроотталкивания становится больше сильного взаимодействия, что приводит к образованию более легкого ядра и частицы. Причины первоначального отдаления разнообразны – это могут быть как внешние воздействия, так и особенности строения ядра (фактор энтропии).

Крах мировоззрения

До 1896 года считалось, что атомы неделимы, а строение каждого характерно для какого-либо определенного вещества. Но А. Беккерель (иногда указывается Резерфорд), изучавший соли урана, обнаружил явление радиоактивности, чем поставил под сомнение многие постулаты атомной теории того времени. Альфа распад представляет собой испускание положительно заряженных частиц – ядер гелия-4. Замечено, что этот процесс характерен прежде всего для ядер тяжелых элементов. Одной из особенностей альфа частицы является ее двойной положительный заряд. Это объясняется тем фактом, что в структуре отсутствуют два электрона. Общий заряд при этом получается равным +2. Альфа распад изучал Резерфорд. Он определил, что такая структура частицы (2 нейтрона+2 протона) крайне устойчива и, теоретически, большинство других ядер должны были бы распадаться на подобные частицы и ядра более легких элементов. Однако этого не происходит. Резерфорд предположил, что любое ядерное изменение возможно только при попадании в него атома гелия (альфа частицы) или высокоэнергетического электрона (бета частицы). Впоследствии это подтвердилось, однако потребовались десятки лет исследований и введение нового понятия из области квантовой механики – туннельного перехода.

Преодоление барьера

Видео: Конденсационная камера – принцип действия и источник альфа-частиц

Как указывалось выше, устойчивая структура - альфа частица. Заряд ее составляет от 2 до 10 МэВ. Для того чтобы она смогла проникнуть в основу атома, необходимо преодолеть силы электрического отталкивания (ведь протоны присутствуют в ядре и частице). Это и есть тот самый барьер, после прохождения которого преобладать начинают уже силы внутриядерного притяжения. Законы микромира отличаются от привычных нам, поэтому в некоторых случаях для того, чтобы пройти сквозь стену, вовсе не обязательно ее разрушать. Посредством туннельного перехода возможно преодоление барьера. Чем меньше разница между энергией частицы и затратами на прохождение, тем выше вероятность преодоления отталкивания. Для большинства ядер возможность туннельного перехода настолько мала, что их можно считать устойчивыми образованиями. Другие же, при определенных условиях, позволяют проникновение извне (и отток изнутри) альфа частиц.