تعريف تحلل ألفا

تحلل ألفا هو أحد الظواهر الأولى التي اكتشفت عن ظاهرة النشاط الإشعاعي. وقد اكتشفت تلك الظاهرة التي تختص بها العناصر الثقيلة مثل البولونيوم و اليورانيوم بأنها تطلق من ذاتها أشعة ألفا . وتتحول تلك العناصر المشعة إلى عناصر أخرى مشعة أخف منها في العدد الذري ،ولا تزال تلك العناصر تطلق أشعة ألفا وتفقد من وزنها وتتغير من عنصر إلى عنصر ، حتي تصل إلى عنصر الرصاص ، وهو عنصر مستقر .

ونأتي هنا بتحلل عنصر السماريوم Sm إلى عنصر النيوديميوم Nd:



{}^{146}_{62} \mathrm {Sm} \to {}^{142}_{60} \mathrm {Nd} + {}^{4}_{2} \mathrm {He} + 2{,}45\, \mathrm{MeV} .

يتحلل السماريوم ووزنه الذري 146 إلي عنصر النيوديميوم ووزنه الذري 142 بإطلاق جسيم ألفا . جسيم ألفا وزنه الذري 4 ولهذا نجد أن الفارق في وزن السماريوم والنيودينوم = 146 - 142 = 4 وهو وزن جسيم ألفا . وبملاحظة العدد الذري للإثنين نجد الفارق =62 - 60 = 2 أي عدد 2 من البروتونات ، وهما تماما عدد البروتونات التي تركت نواة السماريوم مع الجسيم ألفا . بالإضافة إلي ذلك نجد أن تحلل عنصر السماريوم أدى إلى انطلاق طاقة قدرها 45و2 MeV . هذه الطاقة تظهر على هيئة الحركة التي تندفع بها كلا من ذرة النيودينيوم و جسيم الألفا.

سبب التحلل يرجع إلى رغبة نواة السماريوم في الوصول إلى حالة أقل من الطاقة المخزونة فيها ، وقد فعلت ذلك بإطلاق جسيم ألفا و وكذلك بطاقة مصحوبة به . ولكن نواة النيودينيوم الناتجة لا زالت في حالة إثارة ، ولكي تصل إلى وضع استقرارها وهو يسمى الحالة الأرضية لها ، فهي تتخلص من تلك الطاقة الزائدة عن طريق إطلاقها لشعاع جاما ، ومن المعروف أن أشعة جاما ليست لها كتلة ، فهي من نوع الموجات الكهرومغناطيسية .

وتكملة لما حدث نجد أن السماريوم فقد في نفس الوقت 2 من الإلكترونات من أغلفته الذرية (لأن نواته فقدت 2 بروتون )، وطبقا لقانون احتفاظ الشحنة الكهربائية ، فإن جسيم ألفا سوف يقتني اثنين من الإلكترونات في وقت ما ، عندما يتوقف عن الحركة جراء اصتدامه بذرات الوسط الذي يطير فيه ، ويصبح متعادلا كهربائيا مكونا ذرة هيليوم .

هذا أحد أمثلة تحلل الألفا ، ونجد هذا كثيرا في الطبيعة بين العناصر المشعة التي تتلو اليورانيوم و والثوريوم في الجدول الدوري ، وكلها عناصر ذات وزن ذري عال ، أنويتها مليئة بالبروتونات المتنافرة من بعضها ، وتنتهز الفرصة عندما تحين للتخلص من بعض منها ، عن طريق التحلل ألفا. وعندما يتحلل اليورانيوم والثوريوم فإنهما ينتجان عنصرين أخف منهما مثل الراديوم و الرادون . وهؤلاء يتحللون بدورهم حتى يصلوا إلي عنصر الرصاص وهو عنصر مستقر . ويختلف مقدار الطاقة المطلقة التابعة لهذا التحلل من عنصر إلى عنصر ، وهي تبلغ عادة من 2 MeV إلى 5 MeV.

يتسم تحلل ألفا بما يسمى عمر النصف . وهذا الوقت يـُعد لبعض العناصر بالسنوات و لعناصر أخرى قد يكون نصف عمرها أياما أو حتى ثوان قليلة . وتعريف هذا النصف عمر بأنه الوقت الذي يتحلل فيه نصف عدد ذرات ذلك العنصر . أي إذا كان لدينا 1 جرام من السماريوم فإن نصف عمره هو الوقت الازم لكي يتحلل فيه 1\2 جرام منه . وتوجد جداول خاصة لذلك لجميع العناصر تعطينا نصف عمر كل واحد منها بكل دقة .

وقد حققت ديناميكا الكم نجاحا كبيرا بأن استطاعت حساب أنصاف عمر العناصر التي تتحلل عن طريق أشعاع جسيمات ألفا بدقة كبيرة . الشيئ الذي لم تستطيعه الديناميكا الكلاسيكية. وكانت السنوات 1923 حتى 1930 هي بدء نجاحات الديناميكا الجديدة المسماة بديناميكا الكم التي يرجع تطويرها إلى علماء مثل هايزنبرج الألماني ، وشرودنجر النمساوي ، وديراك.