알파 입자
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알파 입자 혹은 알파선은 높은 이온화 특성을 지니는 입자 복사의 하나이다. 그리스 문자의 첫번째 문자인 α에서 이름을 가져왔다. 투과성은 낮다. 두 개의 양성자와 두 개의 중성자로 구성되어 있다. 즉 헬륨 원자핵과 동일한 구성을 지니며, 이러한 이유로 He2+로 쓰이기도 한다.
알파 입자는 우라늄이나 라듐과 같은 방사성 물질이 알파 붕괴를 하는 도중에 방출된다. 이 과정에서 때로는 원래의 원자핵이 들뜬 상태에 놓이기도 하며, 남는 에너지는 감마선 방출을 통해서 방출되기도 한다. 베타 붕괴와 달리, 알파 붕괴는 강한 상호작용에 의해 이루어진다.
알파 입자가 방출될 때, 원소의 원자 질량은 거의 4 amu가 줄어든다. 이는 4개의 핵자를 잃기 때문이다. 원자는 2개의 양성자 손실로 인해 원자번호가 2 감소하며, 새로운 원소가 된다. 예를 들어, 라듐은 알파 붕괴를 통해 라돈이 된다.
알파 입자는 전하와 무거운 질량 때문에, 쉽게 물질에 흡수되며, 공기 중에서는 몇 센티미터 밖에 나아가지 못한다. 휴지 한장에도 흡수되며, 사람의 외피층(약 40 마이크로미터, 몇 개 가량의 세포 두께)에도 흡수된다. 이러한 이유로 먹거나 흡입하지 않는다면 일반적으로는 위험하지 않다. 하지만, 무거운 질량 및 강한 흡수성 때문에, 일단 체내에 진입하게 된다면, 가장 위험한 전리 복사이기도 하다. 가장 강하게 이온화 하며, 어느 정도의 양에 노출된다면 여러가지 피폭 증세를 보이기도 한다. 알파 입자에 의한 염색체의 피해는 동일한 양의 다른 종류의 방사선에 의한 피해에 비해 100배 이상 크다. 알파 입자의 원천인 폴로늄-210은 흡연에 의한 폐암 및 방광암의 원인중의 하나가 아닐까 생각된다.
대부분의 연기 감지기는 알파 입자 원천인 아메리슘-241을 조금 가지고 있다. 이 동위원소는 먹거나 하면 극도로 위험하지만, 봉인되어 있다면 위험은 거의 없다. 많은 지역에서 오래된 연기 감지기의 경우 일반적인 폐기 대신 수거를 해 가고 있다.
알파 입자는 자연적으로 발생하기도 하지만, 핵반응에 이용될 수도 있을 정도로 높은 에너지를 가지고 있기 때문에, 이에 관한 연구는 핵물리학의 아주 초창기를 이끌어 왔다. 물리학자인 어니스트 러더퍼드는 알파 입자를 이용하여 윌리엄 톰슨의 이른바 "자두푸딩" 형태라던 원자 모형(양전하와 음전하가 골고루 분포하여 원자가 중성을 유지한다는 모형)이 틀렸다는 것을 증명하였다. 그는 알파 입자에 부딪히면 빛이나는 스크린에 얇은 금박을 가로막아 두었다. "자두푸딩" 모형이 맞다는 가정하에, 알파 입자는 금박의 퍼져있는 양전하와 반응해서 약간 휘어져야만 할 것이다. 하지만 일부 알파 입자는 예상보다 매우 큰 각도로 휘었으며, 일부는 되튕기기까지도 했던 것이다. 비록 대다수의 알파 입자가 예상대로 직진하기는 했지만, 러더퍼드는 되튕기기까지 한 알파 입자를 보며, "대포를 종이에 대고 쏘았더니 되돌아온 꼴"이라고 하기도 했다. 곧 원자의 양전하는 중심의 매우 조그만 영역에 집중되어 있어서, 알파 입자와 같은 양전하를 되튕길 정도라고 결론지었다. 이 영역은 이후 원자핵이라고 정의되었다. 그 당시는 알파 입자 스스로도 원자핵이라는 것이나 양성자 및 중성자의 존재 여부조차 알려지지 않았었다. 러더퍼드의 실험으로 말미암아 보어의 원자 모형이 탄생하였다.
