Le particelle alfa, emesse da nuclei instabili, sono particelle cariche positivamente. Queste si trovano generalmente in nuclei con un numero atomico maggiore di 82 e un numero di massa superiore a 200, durante il processo di decadimento radioattivo. Esse appartengono a una famiglia di radiazioni, nota come radiazione alfa, che comprende anche particelle beta, raggi gamma e neutroni.
Caratteristiche delle particelle alfa
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Contraddistinte dal simbolo α, le particelle alfa sono state le prime radiazioni nucleari a essere identificate, precedendo le particelle beta e i raggi gamma. Il fisico Ernest Rutherford, durante i suoi studi sulla radioattività tra il 1898 e il 1899, scoprì che esistevano almeno due forme di radiazione, denominate alfa e beta. Le particelle alfa presentano una massa considerevole e una carica elettrica positiva, caratteristiche che influenzano il loro comportamento nella materia. Sebbene siano molto cariche, la loro velocità è relativamente bassa, raggiungendo circa 1/20 della velocità della luce, principalmente a causa della loro grande massa. Ogni particella alfa ha una massa equivalente a circa 4 unità di massa atomica (uma) ed una carica di +2, il che le conferisce un basso potere di penetrazione e un’elevata capacità di ionizzazione.
Meccanismo di decadimento alfa
Strutturalmente, le particelle alfa equivalgono al nucleo di un atomo di elio, composto da due protoni e due neutroni, e sono comunemente rappresentate come 42He, dove 2 indica il numero atomico e 4 il numero di massa. Una tipica equazione di decadimento alfa può essere illustrata come segue: Un esempio di questo processo è l’isotopo radioattivo dell’americio 241, il quale, mediante l’emissione di particelle alfa, conduce alla formazione del nettunio 237 secondo l’equazione: 24195 Am → 42He + 23793Np + 5.638 MeV. La perdita di un gruppo formato da due protoni e due neutroni dall’americio comporta una diminuzione di quattro unità nel numero di massa e di due unità nel numero atomico. Un altro caso pertinente è il decadimento dell’isotopo polonio-212, che produce piombo-208 attraverso l’emissione di particelle alfa: 21284Po → 42He + 23782 Pb + 8.954 MeV. La legge di Geiger-Nuttall stabilisce una relazione importante tra la costante di decadimento di un isotopo radioattivo e l’energia delle particelle alfa emesse. Secondo questa legge, gli isotopi caratterizzati da un breve tempo di dimezzamento tendono a emettere particelle alfa più energeticche rispetto a quelli con tempi di dimezzamento più lunghi. I periodi di dimezzamento degli isotopi pesanti variano enormemente, da un decimo di microsecondo fino a miliardi di anni, influenzando notevolmente l’energia cinetica delle particelle alfa, che invece varia solo di un fattore due, compresa tra circa 4 e 9 MeV. La legge, formulata dal fisico tedesco Hans Geiger e dal fisico britannico John Mitchell Nuttall, può essere rappresentata matematicamente da un’equazione in cui T1/2 è il tempo di dimezzamento, E è l’energia cinetica totale, e A e B sono coefficienti correlati al numero atomico dell’isotopo Z. Questa relazione suggerisce un processo esponenziale, modellato dall’effetto tunnel. Fonte Verificata
