O núcleo atômico dos elementos químicos é composto basicamente de prótons e nêutrons. Os elétrons estão localizados em regiões relativamente distantes deste núcleo.
O equilíbrio das partículas que constituem o átomo ocorre quando as forças de atração e as de repulsão se anulam. São as forças de atração nuclear forte que mantém os prótons unidos, igualando-se em intensidade à força de repulsão coulombiana, cuja intensidade aumenta com o inverso da distância entre prótons. Todo próton ou nêutron pode ser chamado de núcleon. Desta forma, cada átomo com número de massa A tem A núcleons. (EISBERG -1979).
Cada partícula alfa α é formada por dois núcleons, ou seja, dois prótons e dois nêutrons. Este tipo de partícula é denominada núcleo de hélio, porque este elemento possui dois prótons e dois nêutrons também. Desta forma, é usual escrever 2He4 para representar a partícula alfa.
O fenômeno do decaimento alfa é favorecido por questões energéticas. A massa do núcleo pai, ou seja, o núcleo ao qual a partícula alfa pertencia, é maior que a massa do núcleo filho somado com a massa da partícula alfa emitida. Esta energia se transforma toda em energia cinética adquirida pelo núcleo emitido. Desta forma, podemos escrever para a energia de decaimento alfa:
E = [MZ,A – (MZ-2, A-4 + M2,4)]c²
Ou seja, a energia do decaimento alfa é igual à diferença entre a energia do núcleo pai MZ,A .c² e a energia dos núcleos resultantes, ou seja, a energia do núcleo filho MZ-2, A-4.c² somada com a energia de repouso da partícula alfa, M2,4c², representada dentro do parêntese na equação anterior. É este o valor da energia cinética adquirida pela partícula alfa emitida. Em geral, o decaimento alfa é possível para energias de decaimento numa faixa compreendida entre 4,1eV para o tório 90Th232 a 8,9eV para o 84Po212, sendo que 1eV = 1x10-19J.
Poderia se imaginar então a possibilidade de um núcleo instável emitir uma partícula 2He1 ou 1He1, mas tal evento não é favorecido energeticamente porque a energia de ligação para estes núcleos é menor que para um núcleo típico.
A possibilidade de emissão de partículas mais pesadas como o 2C6 é denominado fissão espontânea, mas a probabilidade de ocorrerem é pequena, e sua taxa é reduzida. Segundo EISBERG (1979):
“... A razão disso é que, com o aumento de Z, a energia de decaimento por fissão espontânea cresce mais rapidamente do que a energia de decaimento por emissão de partículas α, facilitando a penetração na barreira coulombiana correspondente à fissão espontânea.” (EISBERG, 1979, pg.704).
No vídeo abaixo é mostrada uma simples experiência envolvendo radiação (em inglês):
Referências bibliográficas: EISBERG, Robert RESNICK, Robert. Física Quântica – Átomos, Moléculas, Sólidos, Núcleos e Partículas. Tradução de Paulo Costa Ribeiro, Ênio Costa da Silveira e Marta Feijó Barroso. Rio de Janeiro:Campus, 1979