В.Б. Лукьянов - Радиоактивные индикаторы в химии, страница 3

Находим, чтодля возникающего ядра Z = 90 — 2 = 88, А = 230 — 4 = 226, т. е. в результате распада образуется ядро 2ойКа-3. ^-ПревращенияПод общим названием <ф-превращения» объединяют три самостоятельных вида радиоактивных превращений: р~-распад (испусканиеядром электрона), р+-распад (испускание позитрона) и электронный захват.(г- и (Г-Распады.

Электроны (позитроны), образующиеся в результатетаких превращений, принято называть (5-частицами, для того, чтобыотличать их от орбитальных электронов. Характерная особенность р~- и Р и с > 4> К р и в а я распре деления рр+-распадов СОСТОИТ В ТОМ, что испус- частиц по энергиям (бета-спектр):каемые ядрами Р-частицы не моно- N(E) — число частиц с энергией Еэнергетичны. На рис. 4 показана типичная кривая, характеризующаяраспределение по энергиям р-частиц, образующихся в результатеР-распада (так называемый Р-спектр).

Видно, что в спектреприсутствуют частицы, обладающие самыми различными значениями энергии вплоть до £ т а х . Показанная на рис. 4 кривая характерна для простейшего случая Р-распада, когда испускание Р-частиц несопровождается 7-излучением (например, Р-распад 1 4 С или 3 2 Р). Притаком распаде величина £ т а х равна разности Am (выраженной вэнергетических единицах) между массой покоя исходного ядра и суммой масс покоя дочернего ядра и Р-частицы. Значение Етах являетсяодной из основных характеристик нуклида, испускающего р-частицы.Приближенно величина Emzx связана со средней энергией Е р-частиц данного излучения соотношениемЕ~0лЕтах.(1.3)Если р-распад идет несколькими путями (соответствующими различным энергетическим уровням дочернего ядра), то излучатель имеетнесколько групп Р-частиц, каждой из которых соответствует определенное значение £ т а х (так называемый сложный р-распад).

р-Излучение в таких случаях сопровождается 7-излучением.Непрерывность р-спектров объясняется тем, что полная энергияР-перехода (£ т а х ) при каждом отдельном акте распада распределяется по законам вероятности между двумя частицами — Р-частицейи нейтрино v (или антинейтрино v). Нейтрино и антинейтрино — незаряженные элементарные частицы с близкой к нулю, но конечноймассой покоя. Обладают исключительно высокой проникающей способностью. Их крайне трудно обнаружить, так как прохождение нейтрино или антинейтрино через материальную среду практически не сопровождается какими-либо эффектами. Таким образом, Е$- + £ т == £тах или £";-+ + Ev — Emax.

При Р-распаде, сопровождающемся7-излучением, полная энергия распада распределяется между тремякомпонентами: р-частицей, нейтрино (или антинейтрино) и 7-квантом.Р~-Распад характерен для ядер, имеющих относительный избытокнейтронов; при этом один из нейтронов распадается, давая протон,электрон и антинейтрино.

Записывая, как это принято, значение массыслева вверху, а значение заряда — слева внизу от символа элементарной частицы, можно изобразить схему распада нейтрона следующимобразом:\п -*• \р + -ie+~.(1.4)Правило сдвига для ^"-распада схематически можно представить следуюа — р~-распад; б — 3 + -распад; в —,3--распад(Z+Z+1_^(1.5)Например, ^pj^JgS. На схемах распада Р'-распад обозначают тонкой стрелкой, идущей вправо вниз (рис.

5, а).Для ядер, имеющих относительный избыток протонов, характеренР+-распад; в этом случае один из протонов ядра превращается в нейтрон и образуется позитрон и нейтрино:\р -* o /l -b+i* + v -(1-6)Правило сдвига для позитронного распада схематически записывают так:Г Z -^ Z — 1^-распад \(1.7)Например, 22эда ^ ^Не. На схемах распада |3+-распад изображают тонкой стрелкой, идущей вниз влево (рис. 5, б).Испускаемые при Р+-распаде позитроны, взаимодействуя с электронами среды, быстро аннигилируют, образуя на каждый акт взаимодействия два ^-кванта с энергиями 0,511 МэВ каждый {излучение аннигиляции).

Энергия аннигиляционного у-излучения соответствуетполной массе покоя аннигилирующих частиц [см. формулу (1.1)].Электронный захват. В некоторых случаях один из протонов ядраможет превращаться в нейтрон путем захвата электрона из электронной оболочки своего атома.

Наиболее вероятен захват ядром электрона с /С-орбитали, находящейся в непосредственной близости к ядру,поэтому процесс электронного захвата часто называют просто /(-захватом (обозначают символами ЭЗ или К). В результате захвата электрона ядро претерпевает изменения, которые схематически могутбыть записаны следующим образом:}ie-* J * + v .(1.8)Правило сдвига для /(-захвата аналогично правилу для р+-распада:/(-захватГ Z -*- Z — 1[ А —»- Л(1.9)Этот тип распада на схемах изображают пунктирной стрелкой, идущейвниз влево (рис. 5, в).Если в результате захвата электрона образующееся ядро окажетсяв возбужденном состоянии, процесс может сопровождаться испусканием у- излучения, в остальных случаях при электронном захвате12ядерного излучения не наблюдается.

При этом обнаружить электронный захват можно только благодаря вторичным процессам, которыепроисходят в атоме, лишившемся своего орбитального электрона.После К-захвата электроны в атоме с более высоких орбиталейпереходят на вакантные места нижних орбиталей. Например,L-электрон перескакивает на освободившееся место на /(-орбитали.Освободившееся на L-орбитали место может занять Р-электрон и т. д.Энергия, равная разности энергий связи L- и /(-электронов, Р- и Lэлектронов и т. д., может выделиться в виде характеристическогорентгеновского излучения.

Часто энергия возбуждения атома не выделяется в виде рентгеновского излучения, а непосредственно передается одному или нескольким орбитальным электронам. Так какполучаемая этими электронами энергия выше их энергии связи в атоме, происходит вылет электронов из атома. Такие электроны называют электронами Оже\ в отличие от р-частиц они всегда имеют дискретные значения энергии. Энергия электронов Оже равна разности между энергиями характеристического излучения и энергией связи электрона на данной орбитали. Процесс перестройки электронных оболочек,вызванный /(-захватом, может включать целый ряд актов последовательного испускания характеристического рентгеновского излучения и электронов Оже со все более удаленных от ядра орбиталей.Заметим, что скорость радиоактивного распада путем электронного захвата в отличие от скорости других радиоактивных превращенийзависит, хотя и очень слабо, от химического состояния превращающихся атомов.

Обусловлено это тем, что вероятность захвата электронаядром определяется строением не только электронной орбитали, отдающей электрон, но и строением более отдаленных в том числе и валентных, орбиталей. Поэтому, например, скорость распада путемэлектронного захвата радионуклида 7Ве, входящего в состав металлического бериллия, на 0,015% меньше, чемскорость распада того же радионуклида, входящего в состав оксида бериллия ВеО.Пример 2. Построим схему распада нуклида\*С\ по следующим данным: максимальные энергиир~-частиц составляют 1,11 (31%); 2,77 (16%) и 4,81(53%) МэВ; энергии v-квантов — 1,66 и 2,04 МэВ.Полная энергия распада 4,81 МэВ.От горизонтальной черты, обозначающей энергетический уровень исходного ядра, проводим внизвправо три стрелки, соответствующие трем значениям максимальной энергии р~-распада, причемраспаду с наибольшим значением £ т ах соответствует более длинная стрелка (рис.

6). Вычислимразности между значениями максимальной энергииотдельных групп Р-частиц и сравним со значениямиэнергии 7-квантов, которые приведены в исходныхданных:2,77— 1,11 = 1,66 ) энергии соответствуют энергиям1 f-квантов, испускаемых при рас4,81—2,77 = 2,04 J паде 38С14,81 — 1,11 = 3,70 —соответствующих f-квантов н е т .Рис.

6. Схема3SC1распадаНайденные переходы отметим на схеме стрелками, идущими вертикальновниз. Возле каждой стрелки укажем энергию соответствующего перехода. Символ дочернего ядра находим, пользуясь правилом сдвига для ^"-распада [соотношение (1.4)].Известны радиоактивные ядра, которые претерпевают радиоактивные превращения различных типов. В качестве примера можно назвать радионуклид 64 Си, который распадается тремя различными путями: 1) посредством /С-захвата (43%); 2) путем ^"-распада (38%)и 3) путем р+- распада (19%).4.

Изомерный переход и другие виды ядерных превращенийЯдра, имеющие одинаковое количество нейтронов и протонов,могут обладать различной внутренней энергией, иначе говоря, находиться на разных энергетических уровнях. Если существуют такиевозбужденные уровни энергии, на которых ядро может пребыватьдостаточно долго (их называют метастабильными), то оказываетсявозможным сосуществование двух изомерных ядер, различающихсятолько уровнями энергии. Изомер, находящийся на более высокомуровне, принято обозначать буквой т (или, реже, звездочкой), поставленной возле массового числа. Например, существуют изомерыброма с массовым числом 80: 80Вг и 80от Вг (80*Вг).