az atommagot összetartó nukleáris erő nagyon erős, általában sokkal erősebb, mint a protonok közötti visszataszító elektromágneses erők. A nukleáris erő azonban rövid hatótávolságú is, gyorsan csökken az 1 femtométeren túl, míg az elektromágneses erő hatótávolsága korlátlan., A vonzó nukleáris erő ereje, amely egy magot tart, így arányos a nukleonok számával, de a teljes bomlasztó elektromágneses erő, amely megpróbálja megtörni a magot, nagyjából arányos az atomszám négyzetével. A 210 vagy több nukleonnal rendelkező mag olyan nagy, hogy az erős nukleáris erő, amely együtt tartja, alig ellensúlyozhatja az elektromágneses repulziót a benne lévő protonok között. Az alfa-bomlás olyan magokban fordul elő, mint a stabilitás növelésének eszköze a méret csökkentésével.,

az egyik érdekesség az, hogy az alfa-részecskéket, a héliummagokat előnyben kell részesíteni, szemben más részecskékkel, például egyetlen protonnal vagy neutronnal vagy más atommagokkal. Ennek egyik oka az alfa-részecske nagy kötési energiája, ami azt jelenti, hogy tömege kisebb, mint két proton és két neutron tömegének összege. Ez növeli a szétesési energiát., Számítástechnika a teljes szétesés energia által megadott egyenlet E = ( m − m-f − m-p ) c 2 {\displaystyle E=(m_{\text{i}}-m_{\text{f}}-m_{\text{p}})c^{2}}

hol m i {\displaystyle m_{\text{i}}} a kezdeti tömege a mag, m f {\displaystyle m_{\text{f}}} a tömeg a mag után részecske kibocsátás, valamint a m p {\displaystyle m_{\text{p}}} a tömeg a kibocsátott részecskék, egy megállapítja, hogy bizonyos esetekben pozitív, ezért alfa-részecske kibocsátás lehetséges, mivel más bomlási módok lenne szükség energia kell hozzá., Például az urán-232 kiszámításának végrehajtása azt mutatja, hogy az alfa-részecske-kibocsátás 5,4 MeV energiát ad, míg egyetlen protonkibocsátás 6,1 MeV-ot igényel. A legtöbb a szétesés, az energia lesz a mozgási energia az alfa-részecske magát, bár fenntartása, megőrzése, a lendület, energia részét megy a visszarúgás a mag önmagában (lásd Atom-visszahatás)., Mivel azonban a legtöbb alfa-kibocsátó radioizotóp tömegszáma meghaladja a 210-et, sokkal nagyobb, mint az alfa-részecske tömegszáma (4), a mag visszahúzódásához vezető energia frakciója általában meglehetősen kicsi, kevesebb, mint 2%.

Ezek a szétesési energiák azonban lényegesen kisebbek, mint az elektromágneses erő által létrehozott visszataszító potenciális gát, amely megakadályozza az alfa-részecske menekülését., Az energia szükséges ahhoz, hogy egy alfa-részecske a végtelenből a mag közelében lévő ponthoz jusson, közvetlenül a nukleáris erő hatótávolságán kívül, általában körülbelül 25 MeV tartományban van. Egy alfa-részecske úgy tekinthető, mint egy potenciális akadály belsejében, amelynek falai 25 MeV-rel meghaladják a végtelenben rejlő potenciált. A bomlási alfa-részecskéknek azonban csak körülbelül 4-9 MeV energiája van a végtelenben lévő potenciál felett, sokkal kevesebb, mint a meneküléshez szükséges energia.

A kvantummechanika azonban lehetővé teszi az alfa-részecske számára, hogy kvantum-alagúton keresztül meneküljön., Az alfa-bomlás kvantum-alagútelméletét, amelyet George Gamow, Ronald Wilfred Gurney és Edward Condon önállóan fejlesztett ki 1928-ban, a kvantumelmélet nagyon feltűnő megerősítéseként üdvözölték. Lényegében az alfa-részecske nem úgy távozik a magból, hogy elegendő energiát szerez ahhoz, hogy áthaladjon a falon, hanem a falon keresztül., Gurney és Condon a következő megfigyelést tette a róla szóló tanulmányukban:

eddig szükség volt a mag valamilyen speciális önkényes “instabilitásának” posztulálására, de a következő megjegyzésben rámutatunk arra, hogy a szétesés a kvantummechanika törvényeinek természetes következménye, különös hipotézis nélkül… Sokat írtak a robbanásveszélyes erőszakról, amellyel az α-részecske a magban lévő helyéről származik. De a fenti képen látható folyamatból inkább azt mondhatjuk, hogy az α-részecske szinte észrevétlenül csúszik el.,

az elmélet azt feltételezi, hogy az alfa-részecske független részecskének tekinthető egy magon belül, amely állandó mozgásban van, de a magban elektromágneses erők tartják. Az elektromágneses erő visszataszító potenciális akadályával való minden ütközésnél kicsi, nem nulla valószínűség van arra, hogy alagútba kerül. Egy körülbelül 10-14 m nukleáris átmérőjű 1,5×107 m/s sebességű alfa-részecske másodpercenként több mint 1021-szer ütközik a gáttal., Ha azonban az ütközés valószínűsége nagyon kicsi, akkor a radioizotóp felezési ideje nagyon hosszú lesz, mivel ez az idő szükséges ahhoz, hogy a menekülés teljes valószínűsége elérje az 50% – ot. Szélsőséges példaként a bizmut-209 izotóp felezési ideje 2,01×1019 év.

az a = 5, A = 8, 143 ≤ a ≤ 155, 160 ≤ a ≤ 162 és a ≥ 165 tömegszámú béta-bomlás szempontjából szintén stabil izotópok elmélet szerint alfa-bomláson mennek keresztül. Az összes többi tömegszám (izobár) pontosan egy elméletileg stabil nukliddal rendelkezik)., Azok a tömeges 5 bomlás, hogy a hélium-4, egy proton vagy neutron, valamint a tömeges 8 bomlás, hogy két hélium-4 magok; a felezési (hélium-5 lítium-5, valamint a berillium-8) nagyon rövid, ellentétben a félig él, az összes többi ilyen radionuklidok esetében A legfeljebb 209, ami nagyon hosszú. (Az ilyen nuklidok ≤ 209 az ősi nuklidok, kivéve a 146Sm-et.)

Az elmélet részleteinek kidolgozása egy olyan egyenlethez vezet, amely a radioizotóp felezési idejét az alfa-részecskék bomlási energiájához, az empirikus Geiger–Nuttall törvény elméleti levezetéséhez köti.