Alfa partikula

Alfa partikulak (α) helio-4 atomoaren guztiz ionizatutako nukleo atomikoak dira, hau da, elektroirik gabeak. Nukleo horiek bi protoik eta bi neutroik osatzen dituzte. Atomo honek elektroirik ez duenez, bere karga elektrikoa positiboa da (+2qe) eta bere masa 4 u-koa.
Erreakzio nuklearretan edo beste nukleido batzuen desintegrazio erradioaktiboan sortu ohi dira. Sarkortasun-ahalmen txikia dute; masa eta karga elektriko handia dutenez       ( kg eta C), atmosferan azkar galtzen dute energia zinetikoa.

Alfa partikulek spin nulua dute. Alfa desintegrazio erradioaktibo estandarrean gertatzen direnean, alfa partikulek 5 MeV (mega-elektronvolt) inguruko energia zinetikoa izaten dute, eta argiaren abiaduraren % 4 inguruko abiadura. Partikula hauen erradiazioa oso ionizatzailea da, eta arestian aipatu bezala, sarkortasun-ahalmen txikia du: aire edo larruazal zentimetro gutxi batzuek gelditzen dute. Alfa partikulek, oro har, ezin dute zeharkatu paper-orri batzuen lodiera.

Gainera, alfa erradiazioaren azterketa interesgarria da, erradiazio horrek hainbat aplikazio dituelako. Horien artean daude ke detektagailuak, gailu antiestatikoak edo sorgailu termoelektrikoak; azken horietan alfa desintegrazioa energia-iturri gisa erabil daiteke. Beste aplikazio garrantzitsu bat da α partikulak igortzen dituzten erradionukleidoak erabiltzea tumoreak bonbardatzeko. Alfa partikulek oso irismen txikia dutenez, eremu egokiaren kontra jaurtiz gero, tumoreen hazkundea geldi dezakete, inguruko eremuei ahalik eta kalte txikiena eraginda.

 Aurkikuntzaren historia 
1899an, Ernest Rutherfordek (McGill Unibertsitatean lanean, Montrealen, Kanadan) eta Paul Villardek (Parisen lanean) erradiazioa hiru motatan bereizi zuten: alfa, beta eta gamma izendatu zituen Rutherfordek, objektuetan duten sarkortasun eta eremu magnetiko baten eraginpean jasandako desbideratzean oinarrituta. Alfa izpiak, alfa partikulez osatuak, Rutherfordek objektu arruntetan sarkortasun txikiena dutenak bezala definitu zituen; gamma izpiak, berriz, X izpien izaera berekoak, sarkortasun handiena dutenak.

Rutherforden lanean alfa partikula baten karga eta masaren arteko erlazioaren neurketak ere ageri ziren. Horrek, alfa partikulak karga bikoitzeko helio ioiak ziren hipotesia azaleratu zuen. 1907an, Ernest Rutherfordek eta Thomas Roydsek, azkenean, alfa partikulak helio ioiak zirela frogatu zuten.
Horretarako, hurrengo esperimentua egin zuten: Radio elementuak igorritako gasa (radio naturalak gehienbat alfa partikulak igortzen ditu, hots, alfa partikula igorlea da) beirazko hodi batean jaso eta araztu zuten. Hodi barruan txinparta elektriko batekin eragindako deskarga batek argia sortu zuen eta, behin argi horren espektroa aztertuta, gasa helioa zela egiaztatu zuten, eta, era berean, alfa partikulak helio ioiak zirela berretsi.  

Alfa partikulak modu naturalean gertatzen direnez, eta erreakzio nuklear batean parte hartzeko bezain energia handia izan dezaketenez, haiek aztertzeak fisika nuklearraren hasierako garapena ekarri zuen. Rutherfordek radio bromuroak igorritako alfa partikulak erabili zituen J. J. Thomsonen eredu atomikoa okerra zela ondorioztatzeko. Rutherforden urrezko xaflaren esperimentuan (bere ikasle ziren Hans Geiger eta Ernest Marsden-ek aurrera eramandakoan), alfa partikula sorta estu bat urrezko xafla mehe (ehunka atomo inguruko lodieradun) batetik pasarazi zuten. Alfa partikula hauek zink sulfurozko pantaila batekin detektatu zituzten, zeinak argi distira bat igortzen duen, alfa partikulen talkaren ondorioz. Rutherfordek hurrengo hipotesia planteatu zuen: J. J. Thomsonen eredu atomikoa (“Plum pudding” eredua) zuzena balitz, positiboki kargatutako alfa partikulak desbideratzekotan oso gutxi desbideratuko lirateke, aurreikusita zeuden sakabanatutako karga positiboen ondorioz.

Alabaina, alfa partikula batzuk uste baino angelu handiagoetan sakabanatzen zirela aurkitu zen eta baita partikula batzuek ia zuzenean atzera egiten zutela ere. Alfa partikula gehienak espero bezala zuzenean pasatu ziren arren, Rutherforden arabera, partikula bakar batzuk horrenbeste desbideratzea (batzuek errebotatu ere bai) nahikoa zen J. J. Thomsonen eredua okerra zela erakusteko. Analogia moduan zera esan zuen: “15 hazbeteko jaurtigai bat zeta-paper baten kontra jaurti eta honek errebotatuko duela onartzea bezalakoa da”. Esperimentuan ikusitakoari azalpen ulergarri bat emateko, erabaki zen atomoaren karga positiboa bere erdiguneko eremu txiki batean kontzentratzen zela (geroago nukleo izendatu zen). Modu honetan, karga positibo hori behar bezain dentsoa izango zen haren inguruko karga positibodun edozein alfa partikula desbideratzeko.

Aurkikuntza honen aurretik, ez zen jakina alfa partikulak berez nukleo atomikoak zirenik, ezta protoi edo neutroirik zegoenik ere. Aurkikuntza honen ondoren, J. J. Thomsonen eredua alde batera utzi zen, eta Rutherforden esperimentuak Bohr-en eredura eraman zuen, gaur egungo atomoaren uhin-eredu modernora heldu arte.

Geroago, 1917an, Rutherfordek alfa partikulak erabili zituen, nahi gabe, beranduago elementu batetik bestera zuzendutako transmutazio nuklear gisa ulertuko zuena sortzeko. Elementu batetik besterako transmutazioa 1901 urtetik ulertzen zen, desintegrazio erradiaktibo naturalaren ondorio moduan. Rutherfordek, ordea, alfa partikulen desintegrazioaren ondorio ziren partikulak airera jaurti zituenean, honek erradiazio mota berri bat eragiten zuela jabetu zen, eta hidrogeno-nukleoak zirela ohartu zen (Rutherfordek protoi izendatu zituen). Geroago aurrera eraman ziren esperimentuek erakutsi zuten protoi horiek aireko nitrogeno elementutik zetozela, eta gertatutako erreakzioa nitrogenotik oxigenorako transmutazioa zela ondorioztatu zen, hurrengo forman:

14N + α → 17O + p

Hau da aurkitu zen lehenengo erreakzio nuklearra.

 Alfa partikularen iturriak 

 Alfa desintegrazioa 
Alfa partikulen iturri ezagunena atomo astunenen (> 106 u pisu atomiko) alfa desintegrazioa da. Atomo batek alfa desintegrazioan alfa partikula bat igortzen duenean, atomoaren masa-zenbakia lautan murrizten da, alfa partikularen lau nukleoiak galtzen direlako. Era berean, atomoaren zenbaki atomikoa bi aldiz txikitzen da, bi protoi galtzearen ondorioz, eta atomoa elementu berri bat bihurtzen da. Alfa desintegrazioak eragindako transmutazio nuklear mota horren adibide dira, besteak beste, uranioa torioan desintegratzea eta radioa radonean.
alt=Polonio iturri baten desintegrazioaren ondorioz alfa partikulen behaketa.|thumb|Polonio iturri baten desintegrazioaren ondorioz alfa partikulen behaketa.
Alfa partikulak nukleo erradioaktibo handienek (uranioak, torioak, aktinioak eta radioak adibidez) eta elementu transuranidoek igortzen dituzte. Beste desintegrazio mota batzuek ez bezala, alfa desintegrazioak, prozesua jasan dezakeen tamaina minimoko nukleo atomikoa izan behar du. Orain arte alfa partikulak igortzeko gai izan diren nukleo txikienak berilio-8a eta telurio nukleido arinenak dira, 104 eta 109 bitarteko masa zenbakidunak. Alfa desintegrazioak, batzuetan, nukleoa egoera kitzikatu batean uzten du; eta, orduan, gamma izpi baten igorpenaren bidez, gehiegizko energia hori askatzen da.

 Alfa desintegrazioa sortzeko mekanismoa. 
Beta desintegrazioan ez bezala, alfa desintegrazioa eragiten duten oinarrizko elkarrekintzak indar elektromagnetikoaren eta indar nuklearraren arteko oreka dira. Alde batetik, alfa partikularen eta gainerako nukleo guztiaren arteko Coulomben alderapen indarra dago, biek karga elektriko positiboa baitute. Bestetik, indar nuklearrak erakarpen indarra eragiten dio. Fisika klasikoan, alfa partikulek ez dute energia nahikorik nukleoaren barruko potentzial-osinetik ihes egiteko.

Hala ere, tunel efektuari esker, alfa partikulek ihes egiten dute, nahiz eta indar nuklearra gainditzeko energia nahikorik ez izan. Hori ahalbidetzen du materiaren izaera ondulatorioak, alfa partikulari bere denboraren zati bat nukleotik hain urrun dagoen eremu batean igarotzeko aukera ematen diolako. Eremu horretatik, indar elektromagnetiko alderatzaileak indar nuklearraren potentziala erabat konpentsatzen du. Posizio horretatik, alfa partikulek ihes egin dezakete.

 Fisio hirutarra 
Prozesu nuklear batetik eratorritako alfa partikulen artean, bereziki energetikoak direnak fisio nuklear motako prozesu ez-ohikoetan sortzen dira.  Prozesu horri fisio hirutar deritzo. Fisio hirutarrean, kargatutako hiru partikula sortzen dira, bi partikula normalak sortu beharrean. Kargatutako partikularik txikiena, ziurrenik (% 90eko probabilitatearekin), alfa partikula bat da. Alfa partikula horiei "irismen handiko alfa" deitzen zaie; izan ere, 16 MeV-eko ohiko energiarekin, alfa desintegrazioan sortzen dena baino askoz energia handiagoan egoten dira. Fisio hirutarra gertatzen da bai neutroiek eragindako fisioan (erreaktore nuklear batean gertatzen den erreakzio nuklearra), bai fisionagarriek eta fisionagarri aktinidoek (hau da, fisionatzeko gai diren atomo astunek) bat-bateko fisioa dutenean, desintegrazio erradioaktiboaren forma gisa. Bai fisio induzituan, bai bat-batekoan, nukleo astunetan eskuragarri dauden energia handienek alfa desintegraziotik datozenak baino energia handiagoko irismen luzeko alfak sortzen dituzte.

 Eguzki-nukleoaren erreakzioak 
Helio-nukleoek izarretako erreakzio nuklearretan parte har dezakete, eta historikoki alfa erreakzioak deitu izan dira (ikus, adibidez, alfa prozesu hirukoitza).

 Izpi kosmikoak 
Gainera, energia oso altuko helio-nukleoak, batzuetan alfa partikulak deituak, izpi kosmikoen % 10 eta % 12 artean dira. Izpi kosmikoak sortzeko mekanismoak eztabaidagai dira oraindik.

 Energia eta xurgapena 
Alfa partikularen desintegrazioan igorritako energiak menpekotasun txikia du igorpen prozesuaren erdibizitzarekiko. Gainera, igorritako alfa partikulen energia ez da zehatza, energia tarte batean aurkitzen diren balio desberdinak har ditzake. Energia handieneko alfa partikulak nukleo handienek igortzen dituzte; alabaina, alfa partikula gehienek 3 eta 7 MeV bitarteko energiak dituzte. Muturreko balio horiek igortzen duten nukleidoen erdibizitza oso luzeei eta oso laburrei dagozkie, hurrenez hurren. Energiak eta proportzioak desberdinak izan ohi dira, eta alfa espektrometrian bezala, nukleido espezifikoak identifikatzeko erabil daitezke.

Alfa partikula baten ohiko energia zinetikoa 5 MeV-koa da, igorritako alfa partikula hauen abiadura 15000 km/s-koa delarik, hots, argiaren abiaduraren %5. Energia kantitate honek handia dirudi partikula bakar batentzat. Alabaina, masa handia dutenez, alfa partikulek beste edozein erradiazio arruntek baino abiadura txikiagoa dute; adibidez, beta partikulek edo neutroi bidezko erradiazioak baino txikiagoa. N.B. Gamma izpiak izpi elektromagnetikoak direnez (argia), argiaren abiaduran (c) mugitzen dira. Beta partikulak askotan c frakzio handi batera mugitzen dira, eta %60an c gainditzen dute, baldin eta haien energia > 64 keV bada (ohikoa dena). Erreakzio nuklearretako neutroien abiadura %6 c bitartekoa da fisioarentzat eta %17 c bitartekoa fusioarentzat.

Beren karga eta masa handiak direla eta, materialek erraz xurgatzen dituzte alfa partikulak, eta airean zentimetro batzuk bakarrik bidaiatu dezakete xurgatuak izan gabe. Esaterako, zetazko paperak edo giza azalaren kanpoko geruzek xurga ditzakete. 40 mikrometro inguruko sakoneran barneratzen dira larruazalean edo, bestela esanda, zelula gutxi batzuetako sakoneran.

 Efektu biologikoak 
Alfa partikulek xurgapen-maila txikia dutenez eta ezin dituztenez azaleko kanpoko geruzak zeharkatu, oro har, ez dira arriskutsuak bizitzarako, iturria irentsi edo arnastu ezean. Hala ere,  alfa erradionukleido igorleak gorputzean sartzen badira, alfa erradiazioa da erradiazio ionizatzailearen forma suntsitzaileena. Ionizatzailerik indartsuena da eta, behar bezain dosi handiekin, erradiazioek eragindako pozoitzearen edozein sintoma (edo sintoma guztiak) eragin ditzake. Kalkuluen arabera, kromosoman, alfa partikulen kaltea 10-1000 aldiz handiagoa da gamma  edo beta erradiazio kantitate baliokide batek eragindakoa baino.

 Antialfa partikula 
2011n, STAR nazioarteko lankidetzako kideek helio-nukleoko antimateria-bikotea detektatu zuten, antialfa izenaz ere ezaguna. Horretarako, AEBetako Energia Departamentuko Brookhavengo Laborategi Nazionala erabili zuten.

Esperimentuan, ia argiaren abiaduran mugitzen ziren eta aurrez aurre talka egiten zuten urrezko ioiak erabili ziren antipartikula ekoizteko.

 Partikularen erabilerak 

Alfa partikula oso erabilia da zientzian. Halaber, gure egunerokotasunean ere aurki dezakegu. Adibidez, ke detektagailu batzuek alfa amerizio-241 igorlearen kantitate txiki bat dute. Alfa partikulek airea ionizatzen dute espazio txiki baten barruan eta korronte txiki bat aire ionizatu horretatik igarotzen da. Sutik datozen ke partikulak aire-zuloan sartzen direnean korronte-fluxu hau murrizten dute eta alarma aktibatzen. Isotopo hori oso arriskutsua da arnastu edo irentsiz gero, baina arrisku hau oso txikia da iturria itxita mantentzen bada. Hala ere, udalerri askok ke-detektagailu zaharrak biltzeko eta deuseztatzeko programak ezarri dituzte, hondakin-fluxu orokorretik kanpo mantentzeko.

Alfa desintegrazioak energia iturri seguruak sortzeko baliagarriak dira zunda espazialetarako erabiltzen diren erradioisotopoen sorgailu termoelektrikoetan. Alfa desintegrazioa beste desintegrazio erradioaktibo mota batzuk baino errazagoa da babesten. Esaterako, plutonio 238-ak, alfa partikulen iturriak denak, nahi ez den erradiazioaren kontaktua ekiditeko, 2.5 mm-ko lodierako babesa baino ez du behar.

Deuseztatzaile estatikoek ere polonio-210 alfa igorgailua erabiltzen dute airea ionizatzeko eta, horri esker, "itsasgarritasun estatikoa" azkarrago xahutzen da.

Alfa partikulak medikuntzan erabiltzen dira, batez ere minbizia tratatzeko. Hainbat minbizi tratamendutan, erradionukleidoekin zuzendutako terapiak erabiltzen dira, zeinak alfa partikularen erabileran oinarritzen diren. Hau da, sendabide honek alfa motako desintegrazioa jasaten duten substantzia erradioaktiboak erabiltzen ditu, inguruan gaixorik dagoen ehuna tratatzeko.  Jomuga oso zehatzeko tratamendua emateko ahalmena du, bereziki tumore-zelula mikroskopikoei. Hauen artean leuzemiak, linfomak, gliomak, melanoma eta peritoneoko kartzinomatosia motako minbiziak daude.

Alfa partikulak igortzen dituzten erradionukleido hauek hiru modutan erabiltzen dira gaur egun minbizi-tumoreak desagerrarazteko: ehun espezifikoetara zuzendutako tratamendu erradioaktibo bezala (radio-223); tumore solidoetan zuzenean atxikitako erradiazio-iturri gisa (radio-224); eta, lehenago aipatu moduan, gure jomuga den tumore-molekularen atxikidura bezala, esaterako, tumoreei atxikitzen zaien antigeno baten antigorputz gisa.

 Erreferentziak 



 Ikus, gainera 
 Beta partikulak
 Gamma izpiak

 Kanpo estekak 

Kategoria:Fisika nuklearra
Kategoria:Partikulen fisika
Kategoria:Erradioaktibitatea
Kategoria:Erradiazio ionizatzailea