Svar:
Protonantalet ökar för att en neutron skickar ut en
elektron (negativt laddad, elektronsönderfall) och förvandlas till en proton (positiv). Anledningen till att detta sker är att för de tyngre radiumisotoperna finns det för många neutroner för att vara optimalt energimässigt, dvs kärnan vinner bindningsenergi genom att skicka ut en elektron.

Efter sönderfallet har vi en positivt laddad Ac-jon, som snart tar åt sig en elektron från omgivningen (i princip kunde detta vara den utsända elektronen) för att bli neutral.

För övriga sönderfallstyper gäller följande för bevarandet av laddningen:

Postitronsönderfall: kärnans laddning minskar med en enhet och vi får en negativ jon. Denna förlorar snart sin extra elektron och positronen annihilerar med en elektron. Slutresultatet blir alltså elektromagnetisk strålning (energi).

Elektroninfångning: kärnans laddning minskar med en enhet genom att en elektron från atomens elektronskal fångas in. Detta skapar en vakans i elektronskalet som snabbt fylls av andra elektroner under utsändning av röntgenstrålning. Eftersom elektronen fångas in från atomens egna elektronuppsättning är det inget problem med bevarandet av den totala laddningen.

Alfasönderfall: kärnladdningen minskar med två enheter. Dotterkärnan har alltså två elektroner för mycket. Dessa frigörs till omgivningen för att göra atomen neutral. Heliumkärnan kommer när den bromsats upp att ta till sig två elektroner. Slutresultatet blir alltså en neutral dotterkärna och en neutral helium-atom.
/Peter Ekström 1998-02-16

Svar:
Uran har 92 elektroner och torium 90. Två
elektroner måste alltså avges till omgivningen för att atomen skall vara neutral. Alfapartikeln är ju i själva
verket en heliumkärna, och när den stannar behöver den två elektroner, som den tar upp från omgivningen. Så elektronerna är i balans, den elektriska laddningen bevaras.

Fundera: Hur är det vid beta-sönderfall?
/KS/lpe 2000-02-13

Svar:
I princip är detta lätt, men matematiken är rätt besvärlig. Figuren nedan visar en fyrkantig potentialbarriär. Det finns tre områden längs z-axeln: till vänster om barriären, på barriären och till höger om barriären. Partikels totala energi E är i allmänhet mindre är barriärens höjd.

Man börjar med att ställa upp schrödingerekvationen för de tre områdena. Man får då tre olika vågfunktioner. Lösningen i t.ex. det vänstra området är en våg som rör sig från vänster till höger (de infallande partiklarna) och en våg som rör sig från höger till vänster (de partiklar som reflekteras av barriären). I det högra området är lösningen en våg som rör sig från vänster till höger (transmitterade partiklar). I barriärområdet är lösningen en exponentialfunktion.

Genom att tvinga vågfunktionerna att vara kontinuerliga med kontinuerliga derivator kan man bestämma samband mellan de i vågfunktionerna ingående konstanterna. Transmissionen räknas sedan ut som

&124;amplituden hos den högra vågfunktionen&124;²/
&124;amplituden hos den högergående vänstra vågfunktionen&124;².

Beräkning av barriärpenetration för en endimensionell lådpotential finns här: Quantum_tunneling. Alpha Halflife vs Kinetic Energy är ett mer realistiskt exempel där man kan räkna på olika alfa-sönderfall.

Quantum Mechanics with MATLAB är ett mycket bra MATLAB-paket för kvantmekaniska beräkningar.

/Peter E 2005-12-18

Svar:
Hejsan Nocole! Proton-sönderfall förekommer inte naturligt precis som du säger, medan alfa-sönderfall förekommer. Man har observerat andra exotiska sönderfall också, t.ex. ¹⁴C-sönderfall.

Anledningen har inte direkt med laddningsbevarandet att göra, även om sönderfallet måste bevara laddningen. Det har att göra med bindningsenergin. Bindningsenergin per nukleon för en alfa-partikel är 7 MeV (se fråga [14847]) och för en typisk tung kärna 7.5 MeV. Det kostar alltså 40.5=2 MeV att ta loss en alfa-partikel. Det är en energi som lätt kan kompenseras av variationen i bindningsenergi hos olika kärnor eftersom bindningsenergin per nukleon ökar med minskande A (masstal) för tunga kärnor.

Protonen däremot har ingen bindningsenergi, så det skulle kosta c:a 7 MeV att ta loss en proton. Detta kan inte kompenseras av den lilla vinsten i bindningsenergi man får med minskande A.

För mycket protonrika kärnor har man faktiskt i laboratoriet observerat s.k. b-fördröjt proton-sönderfall. Det förekommer i sällsynta fall när b-sönderfallet går till så högt liggande tillstånd att den sista protonen är obunden.
/Peter E 2007-01-13

Svar:
Hej Carro! Nej, det är korrekt, se länk 1 som är en lite mer pålitlig källa än Curium. Här är halveringstiderna och energin för alfa-partiklarna (de med högst intensitet):

²⁴²Cm: T_1/2 = 162.8 dagar, E_a = 6113 keV

²⁴⁵Cm: T_1/2 = 8500 år, E_a = 5362 keV


Vi ser att E_a är ganska olika. Detta beror dels på Q-värdet i reaktionen (som i sin tur bestäms av atommassorna) och dels på att det starkaste sönderfallet i ²⁴⁵Cm inte går till grundtillståndet. (Sedan beror halveringstiden även på vågfunktionerna för begynnelse- och sluttillstånden.)

Det finns ett sedan länge etablerat experimentellt samband, Geiger-Nuttalls regel, mellan halveringstiden för a-sönderfall och a-partikelns energi: Hög a-energi ger en hög sönderfallskonstant och alltså en kort halveringstid. Sambandet är logaritmiskt (se Geiger-Nuttall_law, länk 2 och nedanstående figur), så en liten differens i E_a ger en stor ändring i halveringstiden.

Geiger-Nuttalls regel förklaras mycket bra med bilden att a-sönderfall är en a-partikel som "tunnlar" sig igenom en potentialbarriär, se fråga [14370]. Man kan se att

en högre a-energi

ger en mindre barriär att tunnla igenom

vilket gör tunnlingen mer sannolik

och alltså halveringstiden kortare.

/Peter E 2009-06-02