Мартинсон Л.К., Смирнов Е.В. - Квантовая физика (2004) (1076130), страница 64
Текст из файла (страница 64)
Их кинетическая энергия Еп равна нескольким мегазлектрон-вольтам. Распространяясь в среде, а-частица теряет свою энергию на ионизацию молекул вещества. Пробег а-частицы, т. е. расстояние, которое она проходит до полной остановки, зависит от плотности среды. Так, в воздухе при нормальном давлении ее пробег составляет несколько сантиметров, а в твердом теле примерно 10 см. Кинетическая энергия а-частицы образуется за счет превышения энергии покоя материнского ядра над суммой энергий покоя 422 дочернего ядра и а -частицы (см. выражение (7.13)).
Этот избыток эне л яме в отноше- Ра — Рд -Р. Кинетические энергии продуктов а-распада составляют 2 2 Рд Р 2т 2т 2 2 Ра Р г а г Отсюда находим, что Е тд Ед та В силу того что масса дочернего ядра заметно превышает массу а-частицы, ббльшая часть избыточной энергии уносится а-частицей.
Обычно при а-распаде образуется несколько моноэнергетических групп а-частнц, незначительно отличшощихся по энергиям (так называемая тонкая структура а-распада). Это объясняется тем, что 11оче нее о может о азовываться не только в основном н в возб денных состояниях. На рис. 7.5 пред- а, ставлена условная схема энергетических уровней материнского и дочернего ядер, на которой для простоты ао приведен только один возбужденный уровень дочернего ядра. Наиболее интенсивными явля- 7 ются группы а-частиц, связанные с образованием дочернего ядра в основном ао и в первом возбужРис. 7.5.
К механизму возденном п1 состояниях. Так, в рас- ю новени у-нзлу ен, сосмотренном выше примере а- провождающего а-распад 423 нии о но опо о . Действительно, поскольку при а-распаде выполняется закон сохранения импульса, то импульсы а-частицы и дочернего ядра должны быть равны по модулю: распада висмута 83В1 доля частиц ао составляет 27 %, а доля г1г . частицы а1 — 70 % от общего числа всех а-частиц. Время жизни большинства ядер, находящихся в возбужденном состоянии, 10 7...
10 с. За это время возбужденное дочернее ядро переходит в основное или в возбужденное состояние. Избыток энергии при этом расходуется на непускание 7-квантов или каких-либо других частиц в протонов, нейтронов и т. д. Основы теории а-распада были заложены в 1927 г. русским физиком Г.А. Гамовым и независимо от него американскими физиками Э. Кондовом и Р. Герни. В работах этих авторов была дана квантово-механическая трактовка а-распада, учитывающая волноь-~ ~.К у 4.3,~ ки ая о олевает потел апьный ба ье соз аваемыйси- лам ного и силами ло ко отгалкив (см. рис.
4.11). Поскольк вы ота ба ь а заметно в не лько аз ев а а возможен толь за ет ел . Теория а -распада, в основе которой лежит туннельный эффект, хорошо подтверждается результатами экспериментальных исследований. Следует отметить, что радиоактивные ядра могут испускать и более крупные частицы, чем ядра гелия 2 Не (а-частицы), напри- 4 МЕР ядра уГЛЕрОда вС ИЛИ ядра НЕОиа 10ХЕ.
ТаКИЕ раСПадЫ бЫ- ли экспериментально обнаружены в 1984 и 1985 гг. Возможные схемы распадов имеют вид 222В 208рб+!4С 2331) 209Р8+ 2414 88 а ~ 82 + 6 92 9 82 + 1О В отличие от а- иоактивн эти кл сте ной адиоактивн и. Поскольку массы ядер углерода и неона заметно превышают массу а-частицы, то вероятность таких распадов (вероятность туннелирования столь массивных частиц) очень невелика.
Действительно, вероятность вылета ядра вС 14 примерно в 10 раз меньше вероятности вылета а-частицы. Для ядра неона 10Хе это отношение достигает 10 раз. В дапьней- 424 шем было обнаружено самопроизвольное непускание тяжелыми ядрами ядер магния, кремния и серы. Бета-распад.
Р-распадом называется самопроизвольное превращение радиоактивного ядра 2Х в ядро-изобар 2+1У или 2 1У . А А А В этом оцессе один из не" онов а п ев ащается в протон или один из стонов — в не он. Таким образом, Р-распад является не внутриядерным, а внутринуклонным процессом. Ответственным за 13-распад является слабое взаимодействие нуклонов в ядре (см. 7.4). Существует трн вида 13-распада: электронный (13 -распад ), позитронный (Р+-распад) и электронный захват. 1. Электронный 13-распад (13 -распад). В этом случае материнское ядро 2Х испускает электрон, поэтому зарядовое число до- А чернего ядра 2+1У увеличивается на единицу.
Электронный р- А распад протекаег по схеме 2Х вЂ” > 2+1У+ 1е+Че А А О При этом распаде наряду с дочерним ядром образуется электрон н электронное антинейтрино. Здесь мы приписали электрону зарядовое число 7,=-1 и массовое число А=О, чтобы подчеркнуть сохранение электрического заряда и числа нуклонов в процессе распада. Примером электронного 13-распада может служить превращеннеуглерода ~С вазот ~Х: 14 14 О ОС -+ 7Ы+ 1е+ч . Из приведенной схемы распада видно, что массовые числа обоих ядер одинаковы, а зарядовое число дочернего ядра на единицу больше, чем у материнского. В основе электронного Р-распада, как уже отмечалось, лежит превращение в ядре нейтрона в протон: и -~ р+ е + 9е. 425 вольного превращения не" на в стон в омног а. Дочернее ядро, образующееся при ~3 -распаде, может находиться в возбужденном состоянии.
При переходе ядра в основное со- е ЖЧ а- асп может со во аться НЕ ис сканием -квантов. Как показывают экспериментальные исследования, электроны, образующиеся при р -распцде, имеют широкий энергетический Еявх спектр от нуля до максимального 0 Е значения Е (рис. 7.6).
Величина ИФ, определяет число электронов, энергия которых заключена в Рие. 7.6. ЭнеРгетический спектр интервале от Е до Е+ сй. Плозлектровов при б -Распаде щадь под кривой (см. Рис. 7.6) чис- ленно равна полному числу электронов, испускаемых радиоактивным препаратом в единицу времени. Энергия Е определяется разностью значений массы материнского ядра и массы продуктов распада — электрона и дочернего ядра (см.
выражение (7.12)) Первоначально, до открытия нейтрино, казалось, что ~3 -распад протекает с нарушением закона сохранения энергии. Действительно, если бы материнское ядро распадалось только на дочернее ядро и электрон, то энергия электрона, согласно (7.12), не могла быть меньше Е . Для того чтобы объяснить "исчезновение" энергии (ЬЕ = Š— Е)), В. Паули в 1932 г. вы- двинул гипотезу, согласно которой при ~3 -распаде испускается еще одна частица, которая и уносит энергию ЛЕ. Так как зта частица никак себя не проявляла, то следовало предположить, что она электронейтральна и обладает очень малой массой. Эта частица„ 426 названная Э.
Ферми нейтрино, что дословно означает "маленький нейтрон", была экспериментально обнаружена лишь в 1956 г. За проведение экспериментальных исследований по обнаружению нейтрино Ф. Райнес и К. Коуэн в 1995 г. были удостоены Нобелевской премии по физике.
Установлено, что с ес нно мюонное ч т е ч и их античастицы. н с лько типов не" ино: злек- Тип не" ино о е еляется за яженной части ей вместе с кото- . Я -распщ ой не ино ождается и с кото со во ается ис е ино че Именно зта частица и приведена в записанных выше схемах распада. Вопрос о массе нейтрино рассмотрен в 7.4. 2. Позитронный 5-распад (~3+-распад). В случае позитронного ~3-распада ядро испускает позитрон, в результате чего его зарядовое число е. уменьшается на единицу. Позитронный ~3-распад осуществляется по схеме хХ-+ х 1У++1е+ч,, А А О В качестве примера приведем превращение азота 7 19 в углерод ~б~С 1З 1З О 71ч ~ ОС++,е+ч,.
Позитронный ~3-распад сопровождается испусканием позитрона е+ и нейтрино ч„т. е. тех частиц, которые представляют собой античастицы по отношению к частицам, испускаемым при электронном ~3-распаде (е и ч,3 В основе р+-распада, как уже отмечалось, лежит превращение в ядре протона в нейтрон: р — >н+е +ч,. П~ у р ю «Вц, д~рб ~- ного п тона такой п оцесс нев зможен по эн гетическим сооб- 427 жана ( ° р (7.1гВ, од...р~ . н д ш а ядре, может получать необходимую энергию от других нуклонов ядра. 3. Электронньш захват.
Третий внд 13-распада — электронный захват — представляет собой поглощение ядром одного вз электронов электронной оболочки своего атома. Чаще всего поглоща ется электрон из К-оболочки, поэтому электронный захват называют еще К-захватом. Реже поглощаются электроны из 1 или М-оболочек. В результате К-захвата происходит превращение одного из протонов ядра в нейтрон, сопровождающееся испусканием нейтрино: р+е -эл+ч,. Схема К-захвата имеет следующий вид: хХ+,е-э х 1У+ч,. А 0 А На освободившееся в результате К-захвата место в эле иной об е атома мо п ехо ить зле сны из вышележа сл в е ьтате чего возникает нтгеновс ение. При исследовании этого излучения был открыт К-захват американским физиком Л.
Альваресом в 1937 г. Примером электронного захвата может служить превращение калия 1ОК в аргон 1аАг: 490К+ ое- 40А +ч,. Подводя итог описанию а- и ~3-распадов, следует отметить, что а-распад наблюдается только у тяжелых ядер и некоторых ядер редкоземельных элементов. Напротив, р-активные ядра более многочисленны.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
