α衰變，又名阿爾法衰變，是由原子核內核子間的強相互作用以及質子和質子之間的庫侖相互作用共同決定的勢壘隧穿過程。α衰變的研究最早可以追溯到十九世紀九十年代，通過對放射性的研究，Rutherford將其命名為α粒子。直到1907年，實驗發現α粒子與氦元素光譜一致，α粒子被確認為?He。
α衰變的理論模型主要可以分為兩類，一類采用實驗式，另一類基于勢壘穿透思想。在經驗公式中，研究者直接建立α衰變能、核子數以及α衰變半衰期等信息之間的關系，以深入研究原子核的衰變性質。而勢壘穿透模型則將衰變理論與核結構模型巧妙結合。
α衰變是重核和超重核的主要衰變方式之一。通過對原子核α衰變實驗數據的分析，人們得到了許多關于原子核穩定性、基態和激發態的性質的重要信息。作為勢壘穿透問題的經典案例之一，α衰變見證了量子力學的建立和發展。
簡介
原子核自發地放射出α粒子的衰變。1896年A.-H.貝可勒爾發現放射性后，人們花了很大力量研究α衰變。E.歐內斯特·盧瑟福和他的學生經過整整10年的努力，終于在1908年直接證明了α粒子就是氦原子核He。α衰變中放出的能量稱為α衰變能。衰變能可以通過衰變前后的原子核的靜止質量之差計算而得到。
參考書目
盧希庭主編：《原子核物理》，原子能出版社，北京市，1981。
P.Marmier and E.Sheldon,物理學 of Nuclei and Particles, Academic Press, New York and London, 1969.
性質
設衰變前的原子核（稱母核）為X(Z,A），這里Z為原子序數，A為質量數，衰變后的原子核（稱子核）為Y(Z-2，A-4)，則α衰變可表示為
X(Z,A)→Y(Z-2,A-4)+α
α衰變能Qα可表示為
Qα=(mx－my－mα）c2,
其中mx、my和mα分別是母核、子核和α粒子的靜止質量，с是真空中的光速。
根據能量守恒和動量守恒，α衰變能Qα以α粒子的動能Eα和子核的反沖能EY的形式表現出來
Qα=Eα+Ey,
可見，對A≈200的原子核，α粒子的動能約占衰變能的98%，子核的反沖能約占衰變能的2%。實驗測得α粒子的動能因母核而異，一般在4～9兆電子伏之間。因而子核反沖能約為100千電子伏量級。這個能量足以引起一些重要的反沖效應。
絕大多數的α放射體放出的α粒子的能量不止一組，而有強度不等的若干組，這是由于α衰變不僅在母核基態至子核基態之間進行，而且可以在母核基態至子核激發態之間，少數情形可以在母核激發態至子核基態之間進行。
在天然核素中，只有相當重的核（A>140的核）才可能發生α衰變，而且主要發生于A>209的重核。利用核子的平均結合能不難解釋這一現象（見原子核）。
不同的α放射性核素具有不同的半衰期，半衰期的長短同α粒子的能量有強烈的依賴關系。例如U238放射的α粒子能量是4.20兆電子伏，而Po212放射的α粒子能量是8.78兆電子伏，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，卻相差10^23倍。這反映了α粒子能量的微小改變引起了半衰期的巨大變化。1911年，H.蓋革和J.M.努塔耳總結實驗結果，得出衰變常數λ和α粒子能量之間的經驗規律。這個規律可以表述為
lgλ=A+BlgEα，
衰變常數λ同半衰期T12的關系是：T12=ln2/λ，而B是常數（約86），A對同一個天然放射系也是常數。
半衰期
不同核素α衰變的半衰期分布較廣，從1微秒（μs）到1017秒（s），一般的規律是衰變能較大，則半衰期較短；反之，衰變能較小，則半衰期較長。衰變能的微小改變，引起半衰期的巨大變化。α衰變是量子力學隧道效應的結果，半衰期隨衰變能變化的規律可以根據隧道效應予以說明。計算表明，α粒子和子核的庫侖勢壘高達20MeV，α粒子的能量雖小于此值，但由于隧道效應，α粒子有一定的幾率穿透勢壘，跑出原子核。α粒子的能量越大，穿透勢壘的幾率越大，即衰變幾率越大，從而半衰期越短。由于能量因子出現在指數上，因而它的微小變化，引起半衰期的巨大變化。這是量子力學研究原子核的最早成就之一。
α衰變主要限于一些重核素。α衰變能譜的研究提供了核結構的信息。α衰變常數的定量計算直到目前還沒有得到圓滿解決。尤其對于奇A核和奇奇核，實驗值可以比理論值小幾個數量級。這主要有賴于所謂α形成因子的計算。研究表明：α粒子不大可能在α衰變前就存在于核內，而是在衰變過程中形成的。因此，在計算衰變常數時，必須乘上一個有關α粒子形成幾率的因子，通常稱它為α形成因子。顯然，α形成因子應該和原子核的結構有關。正因為如此，對α衰變的深入研究可進一步了解原子核內部結構的運動規律。
衰變模型
α-腐爛病
產生機制
為什么α粒子能從原子核中發射出來，為什么α衰變具有一定半衰期，為什么半衰期同α粒子能量有強烈的依賴關系，這些都是人們十分感興趣的問題。計算表明，α粒子和子核之間的庫侖勢壘一般高達20兆電子伏以上。如前所述，α粒子動能比庫侖勢壘高度低得多，按照經典力學，由于庫侖勢壘的阻擋，α粒子不能跑到核外，根本不可能發生α衰變。20世紀20年代發展起來的量子力學能成功地解釋α衰變的產生機制。根據量子力學的隧道效應，α粒子有一定的幾率穿透勢壘跑出原子核。描述勢壘穿透幾率P的蓋莫夫公式是
式中V(r）是α粒子和子核的相互作用勢，E是相對運動動能，μ是α粒子和子核的約化質量，Rc是α粒子與子核的半徑之和，R是V(r)=E時的r值。可見，α粒子的能量E越大，穿透勢壘的幾率就越大，衰變幾率就越大，從而半衰期就越短。由于能量因子出現在伽莫夫公式的指數冪上，因而它的微小變化將引起衰變常數的巨大變化。這就解釋了實驗上觀察到的α衰變半衰期隨α粒子能量變化而劇烈變化的規律。利用勢壘穿透來解釋α衰變是用量子力學研究原子核的最早成就之一。
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