α衰变
α衰变，又名阿尔法衰变，是由原子核内核子间的强相互作用以及质子和质子之间的库仑相互作用共同决定的势垒隧穿过程。α衰变的研究最早可以追溯到十九世纪九十年代，通过对放射性的研究，Rutherford将其命名为α粒子。直到1907年，实验发现α粒子与氦元素光谱一致，α粒子被确认为⁴He。
α衰变的理论模型主要可以分为两类，一类采用实验式，另一类基于势垒穿透思想。在经验公式中，研究者直接建立α衰变能、核子数以及α衰变半衰期等信息之间的关系，以深入研究原子核的衰变性质。而势垒穿透模型则将衰变理论与核结构模型巧妙结合。
α衰变是重核和超重核的主要衰变方式之一。通过对原子核α衰变实验数据的分析，人们得到了许多关于原子核稳定性、基态和激发态的性质的重要信息。作为势垒穿透问题的经典案例之一，α衰变见证了量子力学的建立和发展。
简介
原子核自发地放射出α粒子的衰变。1896年A.-H.贝可勒尔发现放射性后，人们花了很大力量研究α衰变。E.欧内斯特·卢瑟福和他的学生经过整整10年的努力，终于在1908年直接证明了α粒子就是氦原子核He。α衰变中放出的能量称为α衰变能。衰变能可以通过衰变前后的原子核的静止质量之差计算而得到。
参考书目
卢希庭主编：《原子核物理》，原子能出版社，北京市，1981。
P.Marmier and E.Sheldon,物理学 of Nuclei and Particles, Academic Press, New York and London, 1969.
性质
设衰变前的原子核（称母核）为X(Z,A），这里Z为原子序数，A为质量数，衰变后的原子核（称子核）为Y(Z-2，A-4)，则α衰变可表示为
X(Z,A)→Y(Z-2,A-4)+α
α衰变能Qα可表示为
Qα=(mx－my－mα）c²,
其中mx、my和mα分别是母核、子核和α粒子的静止质量，с是真空中的光速。
根据能量守恒和动量守恒，α衰变能Qα以α粒子的动能Eα和子核的反冲能EY的形式表现出来
Qα=Eα+Ey,
可见，对A≈200的原子核，α粒子的动能约占衰变能的98%，子核的反冲能约占衰变能的2%。实验测得α粒子的动能因母核而异，一般在4～9兆电子伏之间。因而子核反冲能约为100千电子伏量级。这个能量足以引起一些重要的反冲效应。
绝大多数的α放射体放出的α粒子的能量不止一组，而有强度不等的若干组，这是由于α衰变不仅在母核基态至子核基态之间进行，而且可以在母核基态至子核激发态之间，少数情形可以在母核激发态至子核基态之间进行。
在天然核素中，只有相当重的核（A\u003e140的核）才可能发生α衰变，而且主要发生于A\u003e209的重核。利用核子的平均结合能不难解释这一现象（见原子核）。
不同的α放射性核素具有不同的半衰期，半衰期的长短同α粒子的能量有强烈的依赖关系。例如U238放射的α粒子能量是4.20兆电子伏，而Po212放射的α粒子能量是8.78兆电子伏，相差2.1倍，而U238的半衰期是4.468×10^9年，而Po212的半衰期是3.0×10^-7秒，却相差10^23倍。这反映了α粒子能量的微小改变引起了半衰期的巨大变化。1911年，H.盖革和J.M.努塔耳总结实验结果，得出衰变常数λ和α粒子能量之间的经验规律。这个规律可以表述为
lgλ=A+BlgEα，
衰变常数λ同半衰期T12的关系是：T12=ln2/λ，而B是常数（约86），A对同一个天然放射系也是常数。
半衰期
不同核素α衰变的半衰期分布较广，从1微秒（μs）到1017秒（s），一般的规律是衰变能较大，则半衰期较短；反之，衰变能较小，则半衰期较长。衰变能的微小改变，引起半衰期的巨大变化。α衰变是量子力学隧道效应的结果，半衰期随衰变能变化的规律可以根据隧道效应予以说明。计算表明，α粒子和子核的库仑势垒高达20MeV，α粒子的能量虽小于此值，但由于隧道效应，α粒子有一定的几率穿透势垒，跑出原子核。α粒子的能量越大，穿透势垒的几率越大，即衰变几率越大，从而半衰期越短。由于能量因子出现在指数上，因而它的微小变化，引起半衰期的巨大变化。这是量子力学研究原子核的最早成就之一。
α衰变主要限于一些重核素。α衰变能谱的研究提供了核结构的信息。α衰变常数的定量计算直到目前还没有得到圆满解决。尤其对于奇A核和奇奇核，实验值可以比理论值小几个数量级。这主要有赖于所谓α形成因子的计算。研究表明：α粒子不大可能在α衰变前就存在于核内，而是在衰变过程中形成的。因此，在计算衰变常数时，必须乘上一个有关α粒子形成几率的因子，通常称它为α形成因子。显然，α形成因子应该和原子核的结构有关。正因为如此，对α衰变的深入研究可进一步了解原子核内部结构的运动规律。
衰变模型
α-腐烂病
产生机制
为什么α粒子能从原子核中发射出来，为什么α衰变具有一定半衰期，为什么半衰期同α粒子能量有强烈的依赖关系，这些都是人们十分感兴趣的问题。计算表明，α粒子和子核之间的库仑势垒一般高达20兆电子伏以上。如前所述，α粒子动能比库仑势垒高度低得多，按照经典力学，由于库仑势垒的阻挡，α粒子不能跑到核外，根本不可能发生α衰变。20世纪20年代发展起来的量子力学能成功地解释α衰变的产生机制。根据量子力学的隧道效应，α粒子有一定的几率穿透势垒跑出原子核。描述势垒穿透几率P的盖莫夫公式是
式中V(r）是α粒子和子核的相互作用势，E是相对运动动能，μ是α粒子和子核的约化质量，Rc是α粒子与子核的半径之和，R是V(r)=E时的r值。可见，α粒子的能量E越大，穿透势垒的几率就越大，衰变几率就越大，从而半衰期就越短。由于能量因子出现在伽莫夫公式的指数幂上，因而它的微小变化将引起衰变常数的巨大变化。这就解释了实验上观察到的α衰变半衰期随α粒子能量变化而剧烈变化的规律。利用势垒穿透来解释α衰变是用量子力学研究原子核的最早成就之一。