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阿尔法衰变是一种放射性衰变形式，其中不稳定的原子核通过发射一个阿尔法粒子来转变为另一种原子核。阿尔法粒子本质上是一个氦原子核，由两个质子和两个中子组成，带有正二价电荷。在衰变过程中，原子核会变得更加稳定，同时减少质子数和中子数。
阿尔法衰变可以用通用方程表示：原子序数为Z、质量数为A的母核X，衰变为原子序数为Z减2、质量数为A减4的子核Y，同时发射一个阿尔法粒子。例如，铀-238衰变为钍-234并释放一个阿尔法粒子。在这个过程中，原子核的质子数减少2，中子数减少2，因此质量数总共减少4。这种衰变使原子核变得更加稳定。
阿尔法粒子通常具有4到9兆电子伏特的能量，这些能量来源于原子核衰变过程中的质量亏损。尽管能量较高，阿尔法粒子的穿透能力却相对较弱。它们在空气中只能行进几厘米，甚至可以被一张纸阻挡，无法穿透人体皮肤。这种特性使得阿尔法辐射的外照射危害较小，但如果阿尔法发射体被吸入或摄入体内，则会对内脏器官造成严重损伤，因为此时没有皮肤的保护屏障。
阿尔法衰变在现代科技中有多种应用。最常见的应用之一是烟雾探测器，其中使用镅-241作为阿尔法粒子源。在烟雾探测器中，阿尔法粒子电离空气分子，产生微弱电流。当烟雾进入探测器，烟雾颗粒会吸附阿尔法粒子，减少空气电离，导致电流变化，从而触发警报。此外，阿尔法发射体还用于医疗放射治疗、太空探测器的放射性同位素热电源、中子源以及材料分析等领域。
阿尔法衰变的历史可以追溯到1899年，当时卢瑟福发现了阿尔法射线。到1908年，科学家们确认阿尔法粒子实际上是氦原子核。这些发现对原子结构的理解至关重要，促使卢瑟福在1911年提出了原子核模型。然而，阿尔法衰变的机制一直是个谜，因为按照经典物理学，阿尔法粒子不应该能够克服原子核的库仑势垒。直到1928年，伽莫夫运用量子力学的隧穿效应成功解释了这一现象。阿尔法衰变的研究不仅促进了原子核物理学的发展，还为量子力学理论提供了重要支持，同时为放射性测年技术和核能应用奠定了基础。