Een atoomkern links vervalt onder uitzending van het alfadeeltje rechts.Alfastraling in de bovenste figuur wordt al tegengehouden door een stukje papier. Voorbètastraling is al eenaluminium plaat nodig engammastraling gaat zelfs door heel dikke materialen.
Hetalfadeeltje, afgekortα-deeltje, bestaat uit tweeneutronen en tweeprotonen. Het is identiek aan eenatoomkern vanhelium-4. Bij hetradioactief verval van zware elementen worden in veel gevallen alfadeeltjes in de vorm vanstraling uitgestoten. Deze straling heet alfastraling, een straling die zijn omgeving kanioniseren.
Desterke kernkracht houdt het alfadeeltje zo sterk bijeen, dat deze kern heel stabiel is. Debindingsenergie per nucleon is in een alfadeeltje zeer hoog. De bindingsenergie bereikt bij isotopen vanaf het losse proton een eerste maximum bij het alfadeeltje. Een gevolg van deze sterke binding is dat er geen kernen met vijf of acht kerndeeltjes bestaan, omdat die onmiddellijk uiteen zouden vallen in een alfadeeltje en een proton of neutron, respectievelijk in twee alfadeeltjes.
De protonen en neutronen in een alfadeeltje zitten in een s1/2-schil metisospin l = 0 , met totale kernspin 0 en een evenpariteit.[1]
In sterren als de zon worden bij hoge dichtheid en een temperatuur van 15 miljoen kelvin alfadeeltjes geproduceerd in deproton-protoncyclus, uitgaande van 4 protonen. Deenergie die de fusie oplevert, kan worden bepaald door de rustmassa's van eerst zes protonen M1 en daarna een alfadeeltje en twee protonen M2 van elkaar af te trekken. Het blijkt dat dit verschil 0,7% van M1 is. Deze energie is over de producten van de proton-protonreacties verdeeld. Tijdens de eerste reactie, productie vandeuteriumkernen, worden eenneutrino en eenpositron gevormd. Het positron zal vrijwel ogenblikkelijk geannihileerd worden met een naburigelektron, engammastraling produceren; de tweede reactie naarhelium-3 levert ook gammastraling op en bij de derde, naar alfadeeltjes, worden weer protonen gevormd.[2] De energie uit al deze reacties kan worden berekend door. Dit is de voornaamste energiebron van sterren, waaronder ook van onzezon. De daarop volgende fusiereacties hebben een steeds kleinere energieopbrengst en duren daarom minder lang.
Het alfadeeltje is buitengewoon stabiel en gedraagt zich als een zelfstandig deeltje, met veel bindingsenergie. Een alfadeeltje kan gemakkelijker dan een zwaarder deeltje in een instabiele atoomkern met te veel neutronen ten opzichte van het aantal protonen door de barrière van de sterke aantrekkende kernkracht komen.
De manier voor een atoomkern met te veel neutronen ten opzichte van het aantal protonen om zo efficiënt mogelijk tot een stabielere toestand te komen is door een alfadeeltje uit te zenden. Daarom is er wel alfaverval, maar geen proton-, neutron- of koolstofverval. Er zijnverschillende atoomkernen die zo een alfadeeltje uitzenden, dus vervallen.
Radionucliden zijn nucliden met een onstabiele atoomkern die door radioactief verval in andere elementen overgaan, bijvoorbeeld door een alfadeeltje uit te zenden.
Binnen de kern vormen zich af en toe alfadeeltjes, die door hettunneleffect soms kunnen ontsnappen aan de potentiaal van de atoomkern. Hun energie (4-9 MeV) is veel minder dan de hoge barrière van de gecombineerdecoulombkracht ensterke kernkracht: deze is 40 MeV voor de meeste alfastralers. Dit is met kwantummechanica uit te rekenen.[4] Dewet van Geiger-Nuttall geeft een empirisch verband tussen devervaltijd en de energie van de uitgezonden alfadeeltjes.
Het blijkt dat de ontsnappingskans, dat wil zeggen de vervaltijd, heel gevoelig afhangt van de hoogte en breedte van de barrière. Daardoor is er bij een factor twee in alfa-energie een enorm verschil in vervaltijd.
De alfadeeltjes uit een kern hebben strikt bepaalde energieën. Dat is in eennevelvat te zien aan de vaste lengtes van de sporen. Bijvoorbeeld238U geeft alfadeeltjes met 4,18MeV en 4,13 MeV, omdat de resterende kern in een aangeslagen ofgrondtoestand achterblijft.Gammastraling volgt op zo'n alfa-verval naar een aangeslagen toestand. Bij de overgang van bismut-212 naar thallium-208 komen alfadeeltjes met wel zes verschillende energieën vrij.
Een alfadeeltje wordt vanwege zijn elektrische lading naar boven afgebogen in een magnetisch veld dat van ons afloopt.
Ernest Rutherford merkte in1898 op dat in een magnetisch veld ioniserende straling uit een bron vanthorium ofuranium uiteenviel in twee soorten: dealfastraling, zoals hij die noemde, werd enigszins de ene kant op gebogen, debètastraling, ook zijn naam, veel sterker de andere kant op.
Rutherford mat de verhouding tussen de massa en de elektrische lading van het alfadeeltje en speculeerde dat alfadeeltjes heliumkernen waren.Deuteriumkernen met dezelfde verhouding waren nog niet bekend.[5] Dat het inderdaad om heliumkernen ging werd aangetoond met een experiment waarbij de alfadeeltjes door een dun glasraam een vacuümbuis in werden geschoten en daar in eenelektrisch veld tot gloeien werden gebracht, dus alsgasontladingsbuis. Het spectrum van het onbekende gas van alfadeeltjes bleek overeen te komen met dat van helium.
Het bleek uit een ander experiment dat Rutherford in1909 metHans Geiger enErnest Marsden uitvoerde hoe leeg atomen zijn. Ze beschoten een goudfolie met alfadeeltjes uit een bron van uranium(III)bromide. Maar weinig alfadeeltjes werden door de goudfolie verstrooid, de meeste passeerden de goudfolie zonder verandering van richting.
Veelrookdetectoren bevatten vroeger een kleine hoeveelheid van de alfastraleramericium-241. De alfadeeltjes ioniseren de lucht in een spleet, zodat de lucht geleidend wordt en er door een aangelegde elektrische spanning een kleine elektrische stroom door kan lopen. Rookdeeltjes van een brand onderbreken of verkleinen deze elektrische stroom, waarop het alarm is afgesteld. Het gebruikte isotoop is zeer giftig als het in het lichaam komt, maar het risico is minimaal als de bron verzegeld blijft. Dergelijke rookdetectoren mogen niet bij het gewone afval, maar moeten als radioactief afval apart worden ingezameld.Tegenwoordig zijn de meeste rookdetectoren optisch.
Alfaverval kan energie leveren voorruimtesondes enpacemakers. De alfadeeltjes zijn gemakkelijk weg te vangen. De alfastralerplutonium-238 bijvoorbeeld vereist maar 2,5 mmlood om de straling af te schermen.
Alfadeeltjes kunnen worden gebruikt alsradiotherapie omtumoren mee te bestrijden. Alfastraling van een bron bij de tumor beschadigt het tumorweefsel, maar wordt gemakkelijk geabsorbeerd, zodat gezond weefsel buiten schot blijft.
De rusAleksandr Litvinenko werd op 1 november 2006 in een ziekenhuis in Londen met vergiftigingsverschijnselen opgenomen. Hij stierf er op 23 november 2006. Het bleek dat hem radioactief polonium was toegediend.
