den nukleare kraft, der holder en atomkerne sammen, er meget stærk, generelt meget stærkere end de frastødende elektromagnetiske kræfter mellem protonerne. Atomkraften er imidlertid også kort rækkevidde og falder hurtigt i styrke ud over cirka 1 femtometer, mens den elektromagnetiske kraft har et ubegrænset interval., Styrken af den attraktive kernekraft holde en kerne sammen er således proportional med antallet af nucleons, men den samlede forstyrrende elektromagnetiske kraft forsøger at bryde kernen fra hinanden er nogenlunde proportional med kvadratet på sit atomnummer. En kerne med 210 eller flere nucleons er så stor, at den stærke atomkraft holder det sammen kan bare knap opveje den elektromagnetiske frastødning mellem protoner den indeholder. Alfa-henfald forekommer i sådanne kerner som et middel til at øge stabiliteten ved at reducere størrelsen.,
en nysgerrighed er, hvorfor alfapartikler, heliumkerner, fortrinsvis skal udsendes i modsætning til andre partikler som en enkelt proton eller neutron eller andre atomkerner. En del af årsagen er alfapartikelens høje bindende energi, hvilket betyder, at dens masse er mindre end summen af masserne af to protoner og to neutroner. Dette øger desintegrationsenergien., Beregning af total opløsning energi givet ved ligning
E = ( m-i − m-f − m-p ) c 2 {\displaystyle E=(m_{\text{jeg}}-m_{\text{f}}-m_{\text{p}})c^{2}}
hvor m {\displaystyle m_{\text{jeg}}} er den oprindelige masse af kernen, m f {\displaystyle m_{\text{f}}} er massen af kernen efter partikel emission, og m p {\displaystyle m_{\text{p}}} er massen af den partikel der udsendes, finder man, at i visse tilfælde er det positivt, og så alpha partikel emission er muligt, mens andre forfald tilstande vil kræve energi til at blive tilføjet., For eksempel viser beregningen for uran-232, at alfapartikelemission giver 5,4 MeV energi, mens en enkelt protonemission ville kræve 6,1 MeV. Det meste af desintegrationsenergien bliver den kinetiske energi i selve alfapartiklen, skønt en del af energien for at opretholde bevarelse af momentum går til rekylen af selve kernen (se atomisk rekyl)., Da massetallene for de fleste alfa-emitterende radioisotoper overstiger 210, langt større end massetallet for alfapartiklen (4), er fraktionen af energien, der går til rekylen af kernen, generelt ret lille, mindre end 2%.
disse desintegrationsenergier er imidlertid væsentligt mindre end den frastødende potentielle barriere skabt af den elektromagnetiske kraft, som forhindrer alfapartiklen i at undslippe., Den energi, der er nødvendige for at bringe en alfapartikel fra uendelighed til et punkt nær kernen lige uden for den nukleare Krafts indflydelse er generelt i området omkring 25 MeV. En alfapartikel kan betragtes som værende inde i en potentiel barriere, hvis vægge er 25 MeV over potentialet ved uendelig. Imidlertid har henfald alfa partikler kun energier på omkring 4 til 9 MeV over potentialet ved uendelig, langt mindre end den energi, der er nødvendig for at undslippe.
kvantemekanik tillader imidlertid alfapartiklen at undslippe via kvantetunneling., Quantum tunneling teori af alfa-henfald, uafhængigt udviklet af George Gamow og Ronald Wilfred Gurney og Edward Condon i 1928, blev hyldet som en meget slående bekræftelse af kvanteteorien. I det væsentlige undslipper alfapartiklen fra kernen ikke ved at erhverve nok energi til at passere over væggen, der begrænser den, men ved tunneling gennem væggen., Gurney og Condon gjort følgende observationer i deres papir på det:
Det har hidtil været nødvendigt at postulere nogle særlige vilkårlige “ustabilitet” i kernen, men i den følgende note, det er påpeget, at opløsningen er en naturlig følge af, at lovgivningen i kvantemekanik uden nogen særlig hypotese… Der er skrevet meget om den eksplosive vold, som A-partiklen slynges med fra sin plads i kernen. Men fra processen afbildet ovenfor vil man hellere sige, at a-partiklen næsten glider ubemærket væk.,
teorien antager, at alfapartiklen kan betragtes som en uafhængig partikel i en kerne, der er i konstant bevægelse, men holdes inden i kernen af elektromagnetiske kræfter. Ved hver kollision med den elektromagnetiske Krafts afstødende potentielle barriere er der en lille ikke-nul sandsynlighed for, at den vil tunnel sin vej ud. En alfapartikel med en hastighed på 1,5 107 107 m / s inden for en nuklear diameter på ca 10-14 m vil kollidere med barrieren mere end 1021 gange i sekundet., Men hvis sandsynligheden for flugt ved hver kollision er meget lille, vil radioisotopens halveringstid være meget lang, da det er den tid, der kræves for den samlede sandsynlighed for flugt at nå 50%. Som et ekstremt eksempel er halveringstiden for isotop bismuth-209 2, 01 101 1019 år.isotoperne i beta-henfaldsstabile isobarer, der også er stabile med hensyn til dobbelt beta-henfald med massetal a = 5, A = 8, 143 = a = 155, 160.a ≤ 162, og a. 165 er teoretiseret til at gennemgå alfa-henfald. Alle andre massetal (isobarer) har nøjagtigt et teoretisk stabilt nuklid)., Dem med masse 5 henfald til helium-4 og en proton eller en neutron, og dem med masse 8 henfald til to helium-4 kerner; deres halveringstid (helium-5, lithium-5, og beryllium-8) er meget kort, i modsætning til halveringstiden for alle andre sådanne nuklider med en ≤ 209, som er meget lange. (Sådanne nuklider med en ≤ 209 er primordiale nuklider undtagen 146Sm.)
udarbejdelse af detaljerne i teorien fører til en ligning, der vedrører halveringstiden for en radioisotop til henfaldsenergien af dens alfapartikler, en teoretisk afledning af den empiriske Geiger-Nuttall–lov.