a força nuclear que mantém um núcleo atômico Unido é muito forte, em geral muito mais forte do que as forças eletromagnéticas repulsivas entre os prótons. No entanto, a força nuclear também é de curto alcance, caindo rapidamente em força além de cerca de 1 femtômetro, enquanto a força eletromagnética tem um alcance ilimitado., A força da força nuclear atrativa que mantém um núcleo Unido é, portanto, proporcional ao número de nucleons, mas a força eletromagnética disruptiva total que tenta quebrar o núcleo é aproximadamente proporcional ao quadrado do seu número atômico. Um núcleo com 210 ou mais núcleos é tão grande que a força nuclear forte que o mantém unido mal pode contrabalançar a repulsão eletromagnética entre os prótons que contém. O decaimento alfa ocorre em tais núcleos como um meio de aumentar a estabilidade reduzindo o tamanho.,

uma curiosidade é a razão pela qual as partículas alfa, núcleos de hélio, devem ser emitidas preferencialmente em oposição a outras partículas como um único próton ou nêutron ou outros núcleos atômicos. Parte da razão é a alta energia de ligação da partícula alfa, o que significa que sua massa é menor que a soma das massas de dois prótons e dois nêutrons. Isto aumenta a energia de desintegração., Computação total desintegração de energia dada pela equação

E = ( m i − m f − m, p ) c 2 {\displaystyle E=(m_{\text{i}}-m_{\text{f}}-m_{\text{p}} c^{2}}

, onde m i {\displaystyle m_{\text{i}}} é a massa inicial do núcleo, m f {\displaystyle m_{\text{f}}} é a massa do núcleo após a emissão de partículas e m p {\displaystyle m_{\text{p}}} é a massa do emitido partículas, descobre-se que em certos casos é positiva e assim por emissão de partículas alfa é possível, enquanto que outros modos de decaimento seria necessitam de energia para ser adicionado., Por exemplo, realizar o cálculo para o urânio-232 mostra que a emissão de partículas alfa dá 5,4 MeV de energia, enquanto uma única emissão de prótons exigiria 6,1 MeV. A maior parte da energia de desintegração torna-se a energia cinética da própria partícula alfa, embora para manter a conservação do momento parte da energia vai para o recuo do próprio núcleo (ver recuo atômico)., No entanto, como o número de massa da maioria dos radioisótopos emissores Alfa excede 210, muito maior do que o número de massa da partícula alfa (4) a fração da energia que vai para o recuo do núcleo é geralmente muito pequena, menos de 2%.estas energias de desintegração, no entanto, são substancialmente menores que a barreira potencial repulsiva criada pela força eletromagnética, que impede a partícula alfa de escapar., A energia necessária para trazer uma partícula alfa do infinito para um ponto próximo do núcleo, logo fora do alcance da influência da força nuclear, está geralmente na faixa de cerca de 25 MeV. Uma partícula alfa pode ser pensada como estando dentro de uma barreira potencial cujas paredes estão 25 MeV acima do potencial no infinito. No entanto, as partículas alfa do decaimento só têm energias de cerca de 4 a 9 MeV acima do potencial no infinito, muito menos do que a energia necessária para escapar.

mecânica quântica, no entanto, permite que a partícula alfa escape através de Tunelamento Quântico., A teoria quântica de decaimento alfa, desenvolvida independentemente por George Gamow e Ronald Wilfred Gurney e Edward Condon em 1928, foi saudada como uma confirmação muito marcante da teoria quântica. Essencialmente, a partícula alfa escapa do núcleo não adquirindo energia suficiente para passar sobre a parede confinando-a, mas tunelando através da parede., Gurney e Condon fez a seguinte observação em seu artigo sobre isso:

por Isso, tem sido necessário postular algumas especial arbitrária “instabilidade” do núcleo, mas na nota seguinte, é apontado que a desintegração é uma consequência natural das leis da mecânica quântica, sem necessidade de qualquer hipótese… Muito tem sido escrito sobre a violência explosiva com que a partícula-α é arremessada de seu lugar no núcleo. Mas a partir do processo retratado acima, preferimos dizer que a partícula-α quase escapa despercebida.,

a teoria supõe que a partícula alfa pode ser considerada uma partícula independente dentro de um núcleo, que está em movimento constante, mas mantida dentro do núcleo por forças eletromagnéticas. Em cada colisão com a barreira potencial repulsiva da força eletromagnética, há uma pequena probabilidade não-zero de que ela vai túnel seu caminho para fora. Uma partícula alfa com uma velocidade de 1,5×107 m / S dentro de um diâmetro nuclear de aproximadamente 10-14 m colidirá com a barreira mais de 1021 vezes por segundo., No entanto, se a probabilidade de fuga em cada colisão for muito pequena, a semi-vida do radioisótopo será muito longa, uma vez que é o tempo necessário para a probabilidade total de fuga atingir 50%. Como exemplo extremo, a semi-vida do isótopo bismuto-209 é de 2,01×1019 anos.

os isótopos em isobares estáveis de decaimento beta que também são estáveis no que diz respeito ao decaimento beta duplo com o número de massa a = 5, a = 8, 143 ≤ a ≤ 155, 160 ≤ a ≤ 162, e a ≥ 165 são teorizados para sofrer decaimento alfa. Todos os outros números de massa (isobares) têm exatamente um nuclídeo teoricamente estável)., Aqueles com massa de 5 de decaimento para o hélio-4 e um próton ou um nêutron, e aqueles com massa de 8 de decadência para dois hélio-4 núcleos; sua meia-vida (hélio-5, de lítio-5, e berílio-8) são muito curtos, ao contrário de meia-vidas para todos os outros nuclídeos com Uma ≤ 209, que são muito longos. (Tais nuclídeos com a ≤ 209 são nuclídeos primordiais, exceto 146Sm.)

trabalhar os detalhes da teoria leva a uma equação que relaciona a meia-vida de um radioisótopo com a energia de decaimento de suas partículas alfa, uma derivação teórica da lei empírica Geiger–Nuttall.