อนุภาคอัลฟา

การสลายตัวแบบอัลฟา
องค์ประกอบ	โปรตอน 2 ตัว นิวตรอน 2 ตัว
สถิติ	โบโซนิก
เครื่องหมาย	α, α 2+ , He 2+
มวล	6.644 657 3450 (21) × 10 −27  กก. ‍ [1 ]4.001 506 179 129 (62) ดา‍ [2 ]3.727 379 4118 (11)  GeV/ c 2 ‍ [3 ]
ประจุไฟฟ้า	+2  e
รัศมีประจุ	1.6785(21) × 10 −15  ม‍ [4 ]
สปิน	0  ħ ‍ [5 ]

อนุภาคอัลฟาหรือที่เรียกว่ารังสีอัลฟาหรือรังสีอัลฟาประกอบด้วยโปรตอน 2 ตัว และนิวตรอน 2 ตัว ที่รวมกันเป็นอนุภาคที่เหมือนกับนิวเคลียสของอะตอมฮีเลียม-4 ^{[ 6 ]}โดยทั่วไปแล้วอนุภาคอัลฟาจะถูกผลิตขึ้นในกระบวนการสลายตัวแบบอัลฟาแต่ก็อาจถูกผลิตขึ้นด้วยวิธีอื่นได้เช่นกัน อนุภาคอัลฟาตั้งชื่อตามอักษรตัวแรกในอักษรกรีกαสัญลักษณ์ของอนุภาคอัลฟาคือ α หรือ α 2+ ^{เนื่องจาก}อนุภาคเหล่านี้เหมือนกับนิวเคลียสของฮีเลียม จึงบางครั้งเขียนเป็น He ²⁺หรือ⁴ ₂He ^{2+ หมายถึง} ไอออนฮีเลียมที่มีประจุ +2 (ขาดอิเล็กตรอน 2 ตัว ) เมื่อไอออนได้รับอิเล็กตรอนจากสิ่งแวดล้อม อนุภาคอัลฟาจะกลายเป็นอะตอมฮีเลียมปกติ (เป็นกลางทางไฟฟ้า)⁴ ₂เขา .

อนุภาคอัลฟามีสปินสุทธิเป็นศูนย์ เมื่อเกิดขึ้นในกระบวนการสลายตัวของกัมมันตรังสี อัลฟาตามปกติ อนุภาคอัลฟาโดยทั่วไปจะมีพลังงานจลน์ประมาณ 5  MeVและความเร็วประมาณ 4% ของความเร็วแสง พวกมันเป็น รังสีอนุภาค ที่ก่อให้เกิดการแตก ตัวเป็นไอออนสูง มีความสามารถใน การทะลุทะลวงต่ำ (ถูกหยุดโดย อากาศเพียงไม่กี่เซนติเมตรหรือโดยผิวหนัง )

อย่างไรก็ตาม อนุภาคอัลฟาที่เรียกว่า อนุภาค ระยะไกลจากการแตกตัวแบบสามองค์ประกอบนั้นมีพลังงานสูงกว่าถึงสามเท่าและทะลุทะลวงได้ไกลกว่าถึงสามเท่า นิวเคลียสของฮีเลียมที่ประกอบเป็นรังสีคอสมิก 10-12% มักจะมีพลังงานสูงกว่านิวเคลียสที่เกิดจากกระบวนการสลายตัวของนิวเคลียร์มาก ดังนั้นจึงอาจทะลุทะลวงได้สูงและสามารถทะลุผ่านร่างกายมนุษย์และแม้แต่เกราะป้องกันของแข็งที่มีความหนาแน่นสูงหลายเมตรได้ ขึ้นอยู่กับพลังงานของมัน ในระดับที่น้อยกว่านั้น สิ่งนี้ก็เป็นจริงสำหรับนิวเคลียสของฮีเลียมที่มีพลังงานสูงมากที่ผลิตโดยเครื่องเร่งอนุภาคด้วยเช่นกัน

คำว่า "อนุภาคอัลฟา" ถูกบัญญัติโดยเออร์เนสต์ รัทเทอร์ฟอร์ดในการรายงานการศึกษาคุณสมบัติของรังสีจากยูเรเนียม^{[ 7 ]}รังสีดังกล่าวมีลักษณะที่แตกต่างกันสองแบบ แบบแรกเขาเรียกว่า " รังสี" และแบบที่ทะลุทะลวงได้มากกว่าเขาเรียกว่า " รังสี" หลังจากทำการทดลองเพิ่มเติมอีกห้าปี รัทเทอร์ฟอร์ดและฮันส์ ไกเกอร์ ได้สรุปว่า "อนุภาคอัลฟา หลังจากที่มันสูญเสียประจุบวกไปแล้ว ก็คืออะตอมของฮีเลียม" ^{[ 8 ] [ 9 ] [ 10 ] : 61} รังสีอัลฟาประกอบด้วยอนุภาคที่เทียบเท่ากับนิวเคลียสของฮีเลียมที่แตกตัวเป็นไอออนสองครั้ง (He ²⁺ ) ซึ่งสามารถรับอิเล็กตรอนได้จากการผ่านสสาร กลไกนี้เป็นที่มาของก๊าซฮีเลียมบนโลก^{[ 11 ]}${\displaystyle \alpha }$${\displaystyle \beta }$

แหล่งกำเนิดอนุภาคอัลฟาที่รู้จักกันดีที่สุดคือการสลายตัวแบบอัลฟาของอะตอมที่หนักกว่า (เลขมวลอย่างน้อย 104) เมื่ออะตอม ปล่อยอนุภาคอัลฟาออกมาในการสลายตัวแบบอัลฟา เลขมวลของอะตอมจะลดลงสี่เนื่องจากการสูญเสียนิวคลี ออนสี่ตัว ในอนุภาคอัลฟาเลขอะตอมของอะตอมจะลดลงสองอันเป็นผลมาจากการสูญเสียโปรตอนสองตัว – อะตอมนั้นจะกลายเป็นธาตุใหม่ ตัวอย่างของการเปลี่ยนแปลงทางนิวเคลียร์ ประเภทนี้ โดยการสลายตัวแบบอัลฟา ได้แก่ การสลายตัวของยูเรเนียมเป็นทอเรียม และการ สลาย ตัวของเรเดียมเป็นเรดอน

อนุภาคอัลฟาถูกปล่อยออกมาจากนิวเคลียสของ ธาตุ กัมมันตรังสี ขนาดใหญ่ทั้งหมด เช่นยูเรเนียมธอเรียม แอคติเนียมและเรเดียมรวมถึง ธาตุ ทรานส์ยูเรเนียมด้วย แตกต่างจากการสลายตัวแบบอื่น การสลายตัวแบบอัลฟาต้องมีนิวเคลียสอะตอมขนาดเล็กที่สุดที่สามารถรองรับได้ นิวเคลียสที่เล็กที่สุดที่พบว่าสามารถปล่อยอนุภาคอัลฟาได้ในปัจจุบันคือเบริลเลียม-8และเทลลูเรียม-104โดยไม่นับรวมการปล่อยอนุภาคอัลฟาแบบหน่วงเวลาจากเบตาของธาตุที่เบากว่าบางชนิด การสลายตัวแบบอัลฟาบางครั้งทำให้นิวเคลียสของธาตุต้นกำเนิดอยู่ในสถานะกระตุ้น จากนั้นการปล่อยรังสีแกมมาจะกำจัดพลังงาน ส่วนเกินออก ไป

ตรงกันข้ามกับการสลายตัวแบบเบตาปฏิสัมพันธ์พื้นฐานที่รับผิดชอบต่อการสลายตัวแบบอัลฟาคือความสมดุลระหว่างแรงแม่เหล็กไฟฟ้าและแรงนิวเคลียร์การสลายตัวแบบอัลฟาเกิดจากการผลักกันของคูลอมบ์^{[ 5 ]}ระหว่างอนุภาคอัลฟาและส่วนที่เหลือของนิวเคลียส ซึ่งทั้งสองมีประจุไฟฟ้า บวก แต่ถูกควบคุมโดยแรงนิวเคลียร์ในฟิสิกส์คลาสสิกอนุภาคอัลฟาไม่มีพลังงานเพียงพอที่จะหลุดพ้น จาก บ่อศักย์จากแรงที่แข็งแกร่งภายในนิวเคลียส (บ่อนี้เกี่ยวข้องกับการหลุดพ้นจากแรงที่แข็งแกร่งเพื่อขึ้นไปด้านหนึ่งของบ่อ ซึ่งตามมาด้วยแรงแม่เหล็กไฟฟ้าที่ทำให้เกิดการผลักออกไปอีกด้านหนึ่ง)

อย่างไรก็ตาม ปรากฏการณ์ ควอนตัมทunnelingช่วยให้แอลฟาหลุดรอดออกไปได้ แม้ว่าพวกมันจะไม่มีพลังงานมากพอที่จะเอาชนะแรงนิวเคลียร์ได้ก็ตาม ปรากฏการณ์นี้เกิดขึ้นได้เนื่องจากธรรมชาติของสสารที่เป็นคลื่น ซึ่งทำให้แอลฟาใช้เวลาบางส่วนอยู่ในบริเวณที่อยู่ห่างจากนิวเคลียสมากจนกระทั่งศักยภาพจากแรงผลักของสนามแม่เหล็กไฟฟ้าได้ชดเชยแรงดึงดูดของแรงนิวเคลียร์อย่างสมบูรณ์ จากจุดนี้ แอลฟาจึงสามารถหลุดรอดออกไปได้

อนุภาคอัลฟาที่มีพลังงานสูงเป็นพิเศษซึ่งเกิดจากกระบวนการนิวเคลียร์นั้น เกิดขึ้นในกระบวนการฟิชชันนิวเคลียร์ ที่ค่อนข้างหายาก (หนึ่งในไม่กี่ร้อย) ที่เรียกว่า ฟิชชันสาม ส่วน (ternary fission ) ในกระบวนการนี้ จะมีอนุภาคประจุสามอนุภาคเกิดขึ้นจากเหตุการณ์ แทนที่จะเป็นสองอนุภาคตามปกติ โดยอนุภาคประจุที่เล็กที่สุดนั้นมีแนวโน้มสูง (ความน่าจะเป็น 90%) ที่จะเกิดเป็นอนุภาคอัลฟา อนุภาคอัลฟาเหล่านี้เรียกว่า "อัลฟาระยะไกล" เนื่องจากมีพลังงานโดยทั่วไปอยู่ที่ 16 MeV ซึ่งมีพลังงานสูงกว่าอนุภาคอัลฟาที่เกิดจากการสลายตัวของอัลฟามาก ฟิชชันสามส่วนเกิดขึ้นทั้งในฟิชชันที่เกิดจากนิวตรอน (ปฏิกิริยานิวเคลียร์ที่เกิดขึ้นในเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์) และเมื่อ นิวไคลด์ แอคติไนด์ที่สามารถฟิชชันได้และ ฟิ ส ไซ ล์ (เช่น อะตอมหนักที่สามารถฟิชชันได้) เกิดฟิชชันเองตามธรรมชาติในรูปแบบของการสลายตัวของกัมมันตรังสี ในทั้งฟิชชันที่เกิดจากนิวตรอนและฟิชชันเองตามธรรมชาติ พลังงานที่สูงกว่าที่มีอยู่ในนิวเคลียสหนักส่งผลให้เกิดอัลฟาระยะไกลที่มีพลังงานสูงกว่าอัลฟาที่เกิดจากการสลายตัวของอัลฟา

นิวเคลียสฮีเลียมที่มีพลังงานสูง (ไอออนฮีเลียม) สามารถผลิตได้โดยไซโคลตรอนซิงโครตรอนและเครื่องเร่งอนุภาค อื่นๆ โดยทั่วไปแล้วจะไม่เรียกอนุภาคเหล่านี้ว่า "อนุภาคอัลฟา"

นิวเคลียสของฮีเลียมอาจมีส่วนร่วมในปฏิกิริยานิวเคลียร์ในดาวฤกษ์ และในบางครั้งและในอดีต ปฏิกิริยาเหล่านี้ถูกเรียกว่าปฏิกิริยาอัลฟา (ดูกระบวนการทริปเปิลอัลฟาและกระบวนการอัลฟา )

นอกจากนี้ นิวเคลียสของฮีเลียมที่มีพลังงานสูงมาก ซึ่งบางครั้งเรียกว่าอนุภาคอัลฟา ประกอบขึ้นเป็นประมาณ 10 ถึง 12% ของรังสีคอสมิก กลไกการเกิดรังสีคอสมิกยังคงเป็นที่ถกเถียงกันอยู่

พลังงานของอนุภาคอัลฟาที่ปล่อยออกมาในการสลายตัวแบบอัลฟาจะขึ้นอยู่กับครึ่งชีวิตของกระบวนการปล่อยอนุภาคเพียงเล็กน้อย โดยความแตกต่างของครึ่งชีวิตหลายอันดับจะสัมพันธ์กับการเปลี่ยนแปลงพลังงานที่น้อยกว่า 50% ตามที่แสดงโดยกฎของไกเกอร์-นัตทอลล์

พลังงานของอนุภาคอัลฟาที่ปล่อยออกมานั้นแตกต่างกัน โดยอนุภาคอัลฟาที่มีพลังงานสูงกว่าจะถูกปล่อยออกมาจากนิวเคลียสที่มีขนาดใหญ่กว่า แต่โดยส่วนใหญ่แล้วอนุภาคอัลฟาจะมีพลังงานอยู่ระหว่าง 3 ถึง 7  เมกะอิเล็กตรอนโวลต์ (MeV) ซึ่งสอดคล้องกับครึ่งชีวิตที่ยาวนานมากและสั้นมากของนิวไคลด์ที่ปล่อยอนุภาคอัลฟาตามลำดับ พลังงานและอัตราส่วนมักจะแตกต่างกันและสามารถใช้ระบุชนิดของนิวไคลด์ได้ เช่น ในการ วิเคราะห์สเปกตรัมอัลฟา

โดยทั่วไปอนุภาคอัลฟาที่ปล่อยออกมาจะมีพลังงานจลน์ 5 MeV และความเร็วจะเท่ากับ...15,000 กม .  /วินาทีซึ่งคิดเป็น 5% ของความเร็วแสง พลังงานนี้เป็นพลังงานจำนวนมากสำหรับอนุภาคเดี่ยว แต่เนื่องจากมวลของอนุภาคอัลฟาสูง จึงมีความเร็วต่ำกว่ารังสีประเภทอื่นๆ ทั่วไป เช่นอนุภาคเบตาและนิวตรอน^{[ 13 ]}

เนื่องจากมีประจุและมวลมาก อนุภาคอัลฟาจึงถูกดูดซับโดยวัสดุได้ง่าย และสามารถเคลื่อนที่ในอากาศได้เพียงไม่กี่เซนติเมตรเท่านั้น พวกมันสามารถถูกดูดซับโดยกระดาษทิชชู่หรือชั้นนอกของผิวหนังมนุษย์ได้ โดยทั่วไปแล้วพวกมันจะแทรกซึมเข้าสู่ผิวหนังได้ลึกประมาณ 40  ไมโครเมตร ซึ่งเทียบเท่ากับ ความลึก เพียงไม่กี่เซลล์

เนื่องจากระยะการดูดซับที่สั้นและความไม่สามารถทะลุผ่านชั้นนอกของผิวหนังได้ อนุภาคอัลฟาจึงไม่เป็นอันตรายต่อชีวิตโดยทั่วไป เว้นแต่จะกลืนกินหรือสูดดมเข้าไป^{[ 14 ]}เนื่องจากมีมวลมากและการดูดซับที่รุนแรง หากนิวไคลด์กัมมันตรังสีที่ปล่อยอัลฟาเข้าสู่ร่างกาย (โดยการสูดดม กลืนกิน หรือฉีดเข้าไป เช่นเดียวกับการใช้Thorotrastสำหรับภาพเอกซเรย์คุณภาพสูงก่อนปี 1950) รังสีอัลฟาจะเป็นรังสีไอออนไนซ์ที่ทำลายล้างมากที่สุด เป็น รังสีไอออนไนซ์ที่รุนแรงที่สุด และหากได้รับในปริมาณมากพอ อาจทำให้เกิดอาการพิษจากรังสี ได้ทั้งหมดหรือบางส่วน มีการประมาณการว่าความ เสียหาย ของโครโมโซมจากอนุภาคอัลฟาจะมากกว่าความเสียหายที่เกิดจากรังสีแกมมาหรือเบตาในปริมาณที่เท่ากันถึง 10 ถึง 1000 ^{[ 15 ]}เท่า โดยเฉลี่ยอยู่ที่ 20 เท่า การศึกษาในกลุ่มคนงานนิวเคลียร์ชาวยุโรปที่ได้รับรังสีอัลฟาจากพลูโทเนียมและยูเรเนียมภายในร่างกาย พบว่าเมื่อพิจารณาประสิทธิภาพทางชีวภาพสัมพัทธ์ที่ 20 ศักยภาพในการก่อมะเร็ง (ในแง่ของมะเร็งปอด) ของรังสีอัลฟาดูเหมือนจะสอดคล้องกับที่รายงานไว้สำหรับปริมาณรังสีแกมมาภายนอก กล่าวคือ ปริมาณอนุภาคอัลฟาที่สูดดมเข้าไปในปริมาณที่กำหนดนั้นมีความเสี่ยงเท่ากับปริมาณรังสีแกมมาที่สูงกว่า 20 เท่า^{[ 16 ]}โพโลเนียม-210ซึ่งเป็นตัวปล่อยอนุภาคอัลฟาที่ทรงพลัง ( ²¹⁰ Po หนึ่งมิลลิกรัมปล่อยอนุภาคอัลฟาต่อวินาทีได้มากเท่ากับ²²⁶ Ra 4.215 กรัม ) ถูกสงสัยว่ามีบทบาทในมะเร็งปอดและมะเร็งกระเพาะปัสสาวะที่เกี่ยวข้องกับการสูบบุหรี่^{[ 17 ] 210} Po ถูกใช้ในการสังหารอเล็กซานเดอร์ วี. ลิตวิเนนโก ผู้ต่อต้านรัฐบาลรัสเซียและอดีตเจ้าหน้าที่FSBในปี 2549 ^{[ 18 ]}

รูปที่ 1 และ 2 จากบทความของรัทเธอร์ฟอร์ดในปี พ.ศ. 2442 เกี่ยวกับการแผ่รังสีของยูเรเนียม^{[ 19 ]}การแผ่รังสีของยูเรเนียมทำให้เกิดการแตกตัวเป็นไอออนในอากาศระหว่างอิเล็กโทรด A และ B ทำให้เกิดกระแสไฟฟ้า ในตอนแรกกระแสไฟฟ้าลดลงอย่างต่อเนื่องเมื่อรัทเธอร์ฟอร์ดวางแผ่นฟอยล์อะลูมิเนียมทับยูเรเนียมทีละชั้น แต่เมื่อความหนาเกิน 20 ไมโครเมตร กระแสไฟฟ้าก็ยังคงเท่าเดิมโดยประมาณ

ในปี ค.ศ. 1896 อองรี เบคเคอเรลค้นพบว่ายูเรเนียมปล่อยรังสีที่มองไม่เห็นซึ่งสามารถทำให้แผ่นฟิล์มถ่ายภาพมืดลงได้ และรังสีลึกลับนี้ไม่ใช่ฟอสฟอเรสเซนซ์ [ ^{10 ] : 49} ในปี ค.ศ. 1898 มารี คูรีแสดงให้เห็นว่าปรากฏการณ์นี้ ซึ่งเธอเรียกว่า "กัมมันตภาพรังสี" ไม่ได้เกิดขึ้นเฉพาะในยูเรเนียมเท่านั้น แต่เป็นคุณสมบัติของอะตอมแต่ละตัว^{[ 10 ] : 55} เออร์เนสต์ รัทเทอร์ฟอร์ดศึกษารังสีของยูเรเนียมและค้นพบว่ามันสามารถทำให้เกิดการแตกตัวเป็นไอออนของอนุภาคก๊าซได้^{[ 20 ] : 2}

ในปี ค.ศ. 1899 รัทเทอร์ฟอร์ดค้นพบว่ารังสีจากยูเรเนียมเป็นส่วนผสมของรังสีสองประเภท^{[ 10 ] : 60} เขาทำการทดลองโดยใช้ขั้วไฟฟ้าสองขั้วที่แยกจากกันด้วยอากาศ 4 ซม. เขาวางยูเรเนียมไว้บนขั้วไฟฟ้าด้านล่าง และรังสีจากยูเรเนียมทำให้เกิดการแตกตัวเป็นไอออนในอากาศระหว่างขั้วไฟฟ้า ทำให้เกิดกระแสไฟฟ้า จากนั้นรัทเทอร์ฟอร์ดวางแผ่นฟอยล์อะลูมิเนียม (หนา 5 ไมโครเมตร) ทับยูเรเนียมและสังเกตเห็นว่ากระแสไฟฟ้าลดลงเล็กน้อย ซึ่งบ่งชี้ว่าฟอยล์ดูดซับรังสีจากยูเรเนียมบางส่วน รัทเทอร์ฟอร์ดวางฟอยล์ทับยูเรเนียมอีกสองสามแผ่นและพบว่าสำหรับฟอยล์สี่แผ่นแรก กระแสไฟฟ้าลดลงอย่างต่อเนื่องในอัตราเรขาคณิต อย่างไรก็ตาม หลังจากฟอยล์ชั้นที่สี่ทับยูเรเนียม กระแสไฟฟ้าก็ไม่ลดลงอีกและคงที่ในระดับหนึ่งจนถึงฟอยล์สิบสองชั้น ผลลัพธ์นี้บ่งชี้ว่ารังสีจากยูเรเนียมมีองค์ประกอบสองอย่าง รัทเธอร์ฟอร์ดเรียกส่วนประกอบหนึ่งว่า "รังสีอัลฟา" ซึ่งถูกดูดซับโดยฟอยล์เพียงไม่กี่ชั้นอย่างสมบูรณ์ และส่วนที่เหลือคือส่วนประกอบที่สองที่สามารถทะลุผ่านฟอยล์ได้หลายชั้น และเขาเรียกส่วนประกอบหลังนี้ว่า " รังสีเบตา " ^{[ 19 ]}

ในปี ค.ศ. 1900 มารี คูรีสังเกตเห็นว่าค่าสัมประสิทธิ์การดูดกลืนของรังสีอัลฟาดูเหมือนจะเพิ่มขึ้นเมื่อสิ่งกีดขวางที่เธอวางไว้ในเส้นทางนั้นหนาขึ้น ซึ่งแสดงให้เห็นว่ารังสีอัลฟาไม่ใช่รูปแบบของแสง แต่ประกอบด้วยอนุภาคที่สูญเสียพลังงานจลน์เมื่อผ่านสิ่งกีดขวาง ในปี ค.ศ. 1902 รัทเทอร์ฟอร์ดพบว่าเขาสามารถเบี่ยงเบนรังสีอัลฟาด้วยสนามแม่เหล็กและสนามไฟฟ้า ซึ่งแสดงให้เห็นว่ารังสีอัลฟาประกอบด้วยอนุภาคที่มีประจุไฟฟ้า ทิศทางที่อนุภาคอัลฟาเบี่ยงเบนนั้นตรงกันข้ามกับรังสีแคโทด ซึ่งแสดงให้เห็นว่ารังสีแคโทดมีประจุบวก^{[ 21 ] [ 22 ]}

ในปี ค.ศ. 1906 รัทเทอร์ฟอร์ดได้ทำการวัดอัตราส่วนประจุต่อมวลของอนุภาคอัลฟาอย่างแม่นยำยิ่งขึ้น ประการแรก เขาพบว่าอัตราส่วนนั้นแทบจะเหมือนกันไม่ว่าแหล่งกำเนิดจะเป็นเรเดียมหรือแอคติเนียมแสดงให้เห็นว่าอนุภาคอัลฟาเหมือนกันไม่ว่าแหล่งกำเนิดจะเป็นอะไรก็ตาม ประการที่สอง เขาพบว่าอัตราส่วนประจุต่อมวลของอนุภาคอัลฟาเป็นครึ่งหนึ่งของไอออนไฮโดรเจน รัทเทอร์ฟอร์ดเสนอคำอธิบายสามประการ: (1) อนุภาคอัลฟาคือโมเลกุลไฮโดรเจน (H₂ ₎ที่มีประจุ 1  e ; (2) อนุภาคอัลฟาคืออะตอมของฮีเลียมที่มีประจุ 2  e ; (3) อนุภาคอัลฟาคือครึ่งหนึ่งของอะตอมฮีเลียมที่มีประจุ 1  eในเวลานั้น นักวิทยาศาสตร์รู้ว่าไอออนไฮโดรเจนมีน้ำหนักอะตอม 1 และประจุ 1  eและฮีเลียมมีน้ำหนักอะตอม 4 ไม่มีใครรู้แน่ชัดว่ามีอิเล็กตรอนในอะตอมกี่ตัว โปรตอนและนิวตรอนยังไม่ถูกค้นพบ รัทเทอร์ฟอร์ดตัดสินใจว่าคำอธิบายที่สองนั้นสมเหตุสมผลที่สุด เพราะเป็นวิธีที่ง่ายที่สุด และโดยทั่วไปแล้วมักพบแหล่งสะสมฮีเลียมขนาดใหญ่ใต้ดินอยู่ติดกับแหล่งสะสมของธาตุกัมมันตรังสี คำอธิบายของเขาคือ เมื่ออนุภาคอัลฟาถูกปล่อยออกมาจากธาตุกัมมันตรังสีใต้ดิน อนุภาคเหล่านั้นจะถูกดักจับในชั้นหินและได้รับอิเล็กตรอน กลายเป็นอะตอมของฮีเลียม^{[ 23 ]}ดังนั้น อนุภาคอัลฟาจึงเป็นอะตอมของฮีเลียมที่ถูกดึงอิเล็กตรอนออกไปสองตัว

ในปี พ.ศ. 2452 เออร์เนสต์ รัทเทอร์ฟอร์ดและโทมัส รอยด์สได้พิสูจน์ในที่สุดว่าอนุภาคอัลฟาคือไอออนฮีเลียมจริง ๆ^{[ 24 ]}เพื่อทำเช่นนี้ พวกเขารวบรวมและทำให้ก๊าซที่ปล่อยออกมาจากเรเดียม ซึ่งเป็นตัวปล่อยอนุภาคอัลฟาที่รู้จักกันดี บริสุทธิ์ในหลอดแก้ว การปล่อย ประกายไฟภายในหลอดทำให้เกิดแสง การศึกษาสเปกตรัมของแสงนี้ในภายหลังแสดงให้เห็นว่าก๊าซนั้นคือฮีเลียม ดังนั้นอนุภาคอัลฟาจึงเป็นไอออนฮีเลียมจริง ๆ^{[ 10 ] : 61}

ในปี พ.ศ. 2454 รัทเทอร์ฟอร์ดใช้ข้อมูลการกระเจิงของอนุภาคอัลฟาเพื่อโต้แย้งว่าประจุบวกของอะตอมนั้นกระจุกตัวอยู่ในนิวเคลียสขนาดเล็ก ในปี พ.ศ. 2456 แอนโทนิอุส ฟาน เดน โบรค เสนอว่าประจุของนิวเคลียสในอะตอม และโดยนัยคือจำนวนอิเล็กตรอน มีค่าเท่ากับเลขอะตอม^{[ 10 ] : 228 [ 25 ] [ 26 ]}ดังนั้นอะตอมฮีเลียมจึงมีอิเล็กตรอนสองตัว และอนุภาคอัลฟาโดยพื้นฐานแล้วคือนิวเคลียสของฮีเลียม ในปี พ.ศ. 2463 รัทเทอร์ฟอร์ดสรุปการมีอยู่ของโปรตอนในฐานะแหล่งกำเนิดประจุบวกในอะตอม ในปี พ.ศ. 2475 เจมส์ แชดวิก ค้นพบนิวตรอนหลังจากนั้นเป็นที่ทราบกันว่าอนุภาคอัลฟาเป็นการรวมตัวกันของโปรตอนสองตัวและนิวตรอนสองตัว

แม้ว่าอนุภาคปฏิสสารเทียบเท่าของฮีเลียม-3 จะเป็นที่รู้จักมาตั้งแต่ปี 1970 แล้ว แต่กว่าที่สมาชิกของความร่วมมือระหว่างประเทศ STARที่ใช้ เครื่องเร่ง อนุภาคหนักเชิงสัมพัทธ์ (Relativistic Heavy Ion Collider)ที่ห้องปฏิบัติการแห่งชาติบรูคเฮเวน (Brookhaven National Laboratory)ของกระทรวงพลังงานสหรัฐฯจะตรวจพบอนุภาคปฏิสสารคู่ของนิวเคลียสฮีเลียม-4 ได้ ก็ต้องรอจนถึงปี 2010 ^{[ 27 ]}เช่นเดียวกับการทดลองการกระเจิงของรัทเทอร์ฟอร์ดการทดลองปฏิสสารใช้ทองคำ ในครั้งนี้ไอออนทองคำเคลื่อนที่ด้วยความเร็วเกือบเท่าความเร็วแสงและชนกันโดยตรงเพื่อสร้างอนุภาคปฏิสสาร ซึ่งเรียกอีกอย่างว่าอนุภาค "แอนติ-อัลฟา" ^{[ 28 ]}

• เครื่องตรวจจับควันบางชนิด มี อะเมริเซียม-241ซึ่งเป็นตัวปล่อยอนุภาคอัลฟาอยู่เล็กน้อย^{[ 29 ]}อนุภาคอัลฟาจะทำให้อากาศภายในช่องว่างเล็กๆ เกิดการ แตกตัวเป็นไอออน กระแสไฟฟ้า ขนาดเล็ก จะไหลผ่านอากาศที่แตกตัวเป็นไอออนนั้น อนุภาคควันจากไฟที่เข้าไปในช่องว่างอากาศจะลดการไหลของกระแสไฟฟ้า ทำให้เกิดเสียงเตือน ไอโซโทปนี้เป็นอันตรายอย่างยิ่งหากสูดดมหรือกลืนกินเข้าไป แต่ความอันตรายจะน้อยมากหากแหล่งกำเนิดถูกปิดผนึกไว้ เทศบาลหลายแห่งได้จัดตั้งโครงการเพื่อรวบรวมและกำจัดเครื่องตรวจจับควันเก่า เพื่อไม่ให้ปะปนกับขยะทั่วไป อย่างไรก็ตาม สำนักงานคุ้มครองสิ่งแวดล้อมแห่งสหรัฐอเมริกา (US EPA) กล่าวว่า "อาจทิ้งรวมกับขยะในครัวเรือนได้" ^{[ 29 ]}
• การสลายตัวของอัลฟาสามารถให้แหล่งพลังงานที่ค่อนข้างปลอดภัยสำหรับเครื่องกำเนิดไฟฟ้าเทอร์โมอิเล็กทริกไอโซโทปรังสี^{[ 30 ]} ที่ใช้สำหรับยานสำรวจอวกาศการสลายตัวของอัลฟาสามารถป้องกันได้ง่ายกว่าการสลายตัวของกัมมันตรังสีรูปแบบอื่นพลูโตเนียม-238 ซึ่งเป็นแหล่งกำเนิดอนุภาคอัลฟา ต้องการเพียงแผ่น ตะกั่วหนา 2.5 มม. เพื่อป้องกันรังสีที่ไม่พึงประสงค์
• โดยทั่วไปแล้ว เครื่องกำจัดไฟฟ้าสถิตจะใช้โพโลเนียม-210ซึ่งเป็นตัวปล่อยอัลฟา เพื่อทำให้เกิดการแตกตัวเป็นไอออนในอากาศ ทำให้ " การยึดเกาะไฟฟ้าสถิต " สลายตัวได้เร็วขึ้น^{[ 31 ] [ 32 ]}

ปัจจุบันมีการใช้ สารกัมมันตรังสีที่ปล่อยอนุภาคอัลฟาในสามวิธีที่แตกต่างกันเพื่อกำจัดเนื้องอกมะเร็ง ได้แก่ การรักษาด้วยรังสีแบบฉีดเข้าเส้นเลือดโดยตรงไปยังเนื้อเยื่อเฉพาะ (เรเดียม-223) การเป็นแหล่งกำเนิดรังสีที่ใส่เข้าไปในเนื้องอกแข็งโดยตรง (เรเดียม-224) และการเชื่อมต่อกับโมเลกุลที่มุ่งเป้าไปที่เนื้องอก เช่น แอนติบอดีต่อแอนติเจนที่เกี่ยวข้องกับเนื้องอก

เรเดียม-223เป็นตัวปล่อยรังสีอัลฟาที่ถูกดึงดูดไปยังกระดูกตามธรรมชาติเนื่องจากเป็น ตัวเลียนแบบ แคลเซียมเรเดียม-223 (ในรูปของเรเดียม-223 ไดคลอไรด์) สามารถฉีดเข้าเส้นเลือดของผู้ป่วยมะเร็งได้ หลังจากนั้นมันจะเคลื่อนที่ไปยังส่วนต่างๆ ของกระดูกที่มีการหมุนเวียนของเซลล์อย่างรวดเร็วเนื่องจากการมีอยู่ของเนื้องอกที่แพร่กระจาย เมื่ออยู่ภายในกระดูกแล้ว Ra-223 จะปล่อยรังสีอัลฟาที่สามารถทำลายเซลล์เนื้องอกได้ภายในระยะ 100 ไมครอน วิธีนี้ถูกนำมาใช้ตั้งแต่ปี 2013 ในการรักษามะเร็งต่อมลูกหมากที่แพร่กระจายไปยังกระดูก^{[ 33 ]}สารกัมมันตรังสีที่ฉีดเข้าไปในระบบไหลเวียนโลหิตสามารถเข้าถึงบริเวณที่หลอดเลือดเข้าถึงได้ อย่างไรก็ตาม นั่นหมายความว่าภายในของเนื้องอกขนาดใหญ่ที่ไม่มีหลอดเลือด (เช่น หลอดเลือดไม่สามารถแทรกซึมได้ดี) อาจไม่ถูกกำจัดอย่างมีประสิทธิภาพด้วยกัมมันตภาพรังสี

เรเดียม-224 เป็นอะตอมกัมมันตรังสีที่ใช้เป็นแหล่งกำเนิดรังสีอัลฟาในอุปกรณ์รักษาโรคมะเร็งที่เรียกว่า DaRT ( diffusing alpha emitters radiation therapy ) อะตอมเรเดียม-224 แต่ละอะตอมจะเกิดกระบวนการสลายตัวทำให้เกิดอะตอมลูก 6 อะตอม ในระหว่างกระบวนการนี้ จะมีการปล่อยอนุภาคอัลฟาออกมา 4 อนุภาค ระยะของอนุภาคอัลฟา—สูงสุด 100 ไมครอน—ไม่เพียงพอที่จะครอบคลุมความกว้างของเนื้องอกจำนวนมาก อย่างไรก็ตาม อะตอมลูกของเรเดียม-224 สามารถแพร่กระจายเข้าไปในเนื้อเยื่อได้ถึง 2–3 มม. จึงสร้าง "บริเวณทำลาย" ที่มีรังสีเพียงพอที่จะทำลายเนื้องอกทั้งหมดได้ หากวางเมล็ดอย่างเหมาะสม^{[ 34 ]}ครึ่งชีวิตของเรเดียม-224 สั้นพอที่ 3.6 วัน ทำให้เกิดผลทางคลินิกอย่างรวดเร็วในขณะที่หลีกเลี่ยงความเสี่ยงจากความเสียหายจากรังสีเนื่องจากการได้รับรังสีมากเกินไป ในขณะเดียวกัน ครึ่งชีวิตก็ยาวนานพอที่จะช่วยให้สามารถจัดการและขนส่งเมล็ดไปยังศูนย์รักษาโรคมะเร็งได้ทุกที่ทั่วโลก

การบำบัดด้วยอัลฟาแบบกำหนดเป้าหมายสำหรับเนื้องอกแข็งเกี่ยวข้องกับการติดสารกัมมันตรังสีที่ปล่อยอนุภาคอัลฟาเข้ากับโมเลกุลที่กำหนดเป้าหมายเนื้องอก เช่น แอนติบอดี ซึ่งสามารถส่งไปยังผู้ป่วยมะเร็งได้โดยการให้ทางหลอดเลือดดำ^{[ 35 ]}

ในเทคโนโลยีคอมพิวเตอร์ ข้อ ผิดพลาดแบบอ่อน (soft errors ) ของหน่วยความจำเข้าถึงแบบสุ่มไดนามิก (DRAM) ถูกเชื่อมโยงกับอนุภาคอัลฟาในปี 1978 ใน ชิป DRAM ของ Intelการค้นพบนี้นำไปสู่การควบคุมธาตุกัมมันตรังสีอย่างเข้มงวดในการบรรจุวัสดุเซมิคอนดักเตอร์ และปัญหาดังกล่าวก็ถือว่าได้รับการแก้ไขไปมากแล้ว^{[ 36 ]}

• นิวไคลด์อัลฟา
• กระบวนการอัลฟา (หรือที่รู้จักกันในชื่อ การจับอัลฟา หรือ บันไดอัลฟา)
• อนุภาคเบตา
• รังสีคอสมิก
• ฮีเลียนคือนิวเคลียสของฮีเลียม-3ไม่ใช่ฮีเลียม-4
• รายชื่อนิวไคลด์ที่ปล่อยอนุภาคอัลฟา
• ฟิสิกส์นิวเคลียร์
• ฟิสิกส์อนุภาค
• ไอโซโทปรังสี
• เรย์:
  • รังสีเบตา
  • รังสีแกมมา
  • รังสีเดลต้า
  • รังสีเอปซิลอน
• การกระเจิงของรัทเทอร์ฟอร์ด

• ทิปเลอร์, พอล; ลลีเวลลิน, ราล์ฟ (2002). ฟิสิกส์สมัยใหม่ (ฉบับที่ 4). ดับเบิลยูเอช ฟรีแมน . ISBN 978-0-7167-4345-3.

สื่อที่เกี่ยวข้องกับอนุภาคอัลฟาในวิกิมีเดียคอมมอนส์