Д.В. Сивухин - Общий курс физики. Том 5. Атомная и ядерная физика (1121281), страница 117
Текст из файла (страница 117)
Самопроизвольное превращение свободного протона в нейтрон энергетически невозможно. Но превращение протонов в нейтроны возможно и действительно идет внутри атомных ядер именно в этом состоит само явление позитронного,З-распада. Недостаток энергии протона пополняется за счет энергии атомного ядра. Альфа-распад наблюдается только у самых тяжелых ядер и некоторых ядер редкоземельных элементов. Напротив, Р'-активныс ядра гораздо более многочисленны. Для каждого Я (по крайней мере для надежно исследованных Х < 100) без исключения существуют нестабильные изотопы, обладающие ф+-активностью. Энергия, выделяющаяся в процессе,З-распада, лежит в пределах от 0,0186 МэВ (7Н э — > ~~Не) до 16,6 МэВ (Чг! — э ~~~С).
Период полураспада 11-активных ядер меняется от 10 с (для ~вВе) до 4 10 лет (для ~~~~Не). Простейшим примером электронного (7-распада (после !д-распада нейтрона)является распад трития: 6 з Н вЂ” — — 7 Не. 12 лет Примером позитронного Р'-распада может служить распад ядра ~~в С: и Р~ и 20 4 мин Наконец, в качестве примера радиоактивных ядер, испытывающих К-захват, приведем легкий изотоп берилия,7Ве, который после 7Г-захвача превращается в изотоп лития 77!и: 4Ве — 7 — —; — — — ~ зЫ.
7 7 53,6 дня (Во всех приведенных примерах время означает период полураспада.) б. При Р-распаде ядро превращаегся в соседний с ним изобар, т. е. меняется зарядовое число Л, но массовое число А остается неизменным. Применим к этому процессу полуэмпирическую формулу Вейцзеккера (64.6).
Для исследования зависимости энергии ядра ( — Ф'„) от У в этой формуле следует положить А = сонэ!. Тогда найдем формулу вида — й. = вг'+и+ с, где а, 6, с — - постоянные. Графиком функции — б„= — 1!„(0) будет парабола, причем, разумеется, аргумент Я может принимать только целочисленные значения.
Даже получатся целых три параболы, сдвинутые одна относительно другой вверх и вниз. Ниже всех лежит парабола для четно-четных ядер (Я четное, 17' четное), выше всех — для нечстно-нечстных ядер (Е нечетное, 1у нечетное), а посередине между ними — парабола для нечетных А. э 74) Бета-Распад 471 Рассмотрим сначала случай нечетных А. Тогда функция — г'„1Л) однозначна. Возможные значения е при заданном А изображены кружками на рис. 130.
Однако не все ядра, соответствующие этим значениям, стабильны. Стабильным ядрам соответствует минимум энергии — 126„. Поэтому ядра 1, 2, а,... будуг испытывать последовательные,9-превращения с испусканием электронов и с повышением зарядового числа л на единицу. Ядра же 8, 7, 6,..., испустив позитрон или испытав е-захват, будут в свою очередь уменыпать зарядовое число на единицу.
Одно из А = сопел оставшихся двух ядер, у ко- (А нечетн.) торого энергия больше, так же испытает 11-преврагцение. В результате останется, вооб- 2 ще говоря, только одно ста- л бильное ядро. Поэтому при нечетном А,как правило, может 3 6 существовать только один изо- 6 бар. Но возможны и исключе- Š— 3 3 — 2 2 — 1 3 3~1 3~2 Е ния из этого правила. Это будет тогда, когда в результате Рис.
130 11-превращений возникнут два ядра 4 и 3 с одинаковыми значениями энергии — два стабильных изобара. Зарядовые числа этих изобаров должны отличаться на единицу. Известны всего три таких изобарных пары: 44~6С61 и 461п, ~Д1п и ~ЦВп, а также ~~берле и ~~~06. 75 76 В случае четных А функция — Ф„(У) двузначна и представляется двумя параболами. Нижней параболе соответствуют четные, верхней — нечетные значения Я. Здесь также путем соответствующих Б-превращений осуществляется переход ядра в энергетически более низкие состояния. На рис.
131 он завершается двумя изобарами а и 4, Рис. 132 Рис. 131 [Гл.!Х Радиоактивность 472 Рис. 133 лежащими на нижней параболе, т.е. имеющими четные значения л. В подобных случаях массовому числу А соответствуют два изобара, зарядовые числа которых отличаются на два. Переход одного из этих изобар в другой, более устойчивый, может быть осуществлен путем одновременного испускания либо двух электронов, либо двух позитронов. Но такой двойной !3-распад хотя в принципе и возможен., но крайне мало вероятен.
Рисунок 132 соответствует случаю, когда процессы )3- распада заканчиваются тремя стабильными изобарами 2, 4 и б. Все они также лежат на нижней параболе, причем зарядовые числа 2, соседних изобаров отличаются иа 2. Превращения каждого из изобаров в соседний, энергетически более устойчивый, могли бы осуществляться путем двойного !З-распада, а поэтому они не наблюдаются. Таким образом, в случае четного А могут существовать два и даже три стабильных изобара. Разумеется, может сушествонагь и только один стабильный изобар. Такое положение имеет место, в особенности для легких ядер. Наиболее легкой при четных А является стабильная изобарная пара 40Аг и 40Са. Особо следует отметить случай, изображенный на рис. 133. Здесь четно-четные ядра ! и в, лежащие на нижней параболе, энергетически менее устойчивы,чем нечетно-нечетное ядро 2, лежащее на верхней параболе.
Ядро ! испытывает электронный, а ядро А = соов1 о позитронный )З-распад, и в обоих о случаях возникает ядро 2. Этим мож- 1 У но объяснить существование всех нечет- во но-иечетных (с четными А) стабильных — ядер: 1Н, 2В1, 0В и 704, о которых уже . 2 6 10 14, говорилось выше (см.
3 64). я 6. Энергии а- и,3-частиц, испускаемых радиоактивными веществами, поскольку эти частицы заряжены, можно измерить методом отклонения их в электромагнитных полях. Такие измерения показали, что каждое радиоактивное вещество испускает сх-частицы 7 — 1 г гав! вполне определенной энергии, присущей только этому веществу. Этот результат вполне естествен. Ядро перед испусканием о-частицы находится в невозбужденном квантовом состоянии с определенной энергией.
После испускания получаются а-частица и дочернее ядро также в невозбужденном состоянии с определенной энергией. Разность этих энергий поэтому также имеет вполне определенное значение и проявляется в виде кинетической энергии дочернего ядра и 02-частицы. А так как масса последней очень мала по сравнению с массой ядра, го практически вся кинетическая энергия уносится очастицей.
Наличие тонкой структуры в 01-спектрах многих о-активных ядер ничего не меняет принципиально, гак как оно связано с тем, что при распаде или материнское ядро, или дочернее ядро оказываются 8 74) 473 Бета-распад 0,4 0,8 в определенном возбужденном состоянии. Все это можно рассматривать как экспериментальное доказательство, что состояния материнского и дочернего ядер квантованны, а потому вполне определенны. Совсем иной результат получается при испускании Б-частиц. Радиоактивные атомы одного и того же сорта испускают электроны самых различных энергий, начиная от нуля и кончая некоторым про- М дельным значением, характерным для рассматриваемого 13-излучате- 80 ля.
Это предельное значение называется верхней границей р-спектра. Для примера на рис. 134 приведен ,З-спектр, возникающий при распаде 40 аДВБ Казалось бы, что и к Д-распаду применимо рассуждение, приведенное нами для сг-распада. В самом деле, пусть ядро А получилось в резулшвте а-распада и, следователь- Рис. 134 но, на основании сказанного выше находится во вполне определенном энергетическом состоянии. Пусть затем оно испустило )3-частицу и превратилось в ядро В. Допустим, далее, что получившееся ядро В опять сг-радиоактивно. Тогда оно также будет находиться в определенном энергетическом состоянии.
Но ядро В получается из А путем ~3-распада. Поэтому естественным представляется заключение, что Д-частицы должны получаться вполне определенной энергии, а их энергетический спектр в действительности оказывается сплошным, как это было установлено Чедвиком уже в 1914 г. Получилось противоречие, которое требовало разъяснения. 7. Существование верхней границы )3-спекгра дало повод некогорым ученым высказать предположение, что в момент испускания все р'-частицы получают одинаковые энергии, соответствующие границе )3-спектра.
Однако на пути к детектору не все они сохраняют эту энергию, а по-разному растрачивают ее на излучение. Другие предполагали, что 13-излучение всегда сопровождается й-излучением, так что энергия определенным образом распределяется между ф- и 7-лучами. Правдоподобность последнего предположения, казалось, подтверждалась тем, что )3-излучение часто сопровождается у-излучением, тогда как при сг-распаде 7-лучи наблюдаются реже.
При справедливости любого из этих предположений полная энергия., освобождающаяся при )3-распаде ядра, должна быть строго определенной, поскольку однозначно определены энергетические состояния материнского и дочернего ядер. Этот вывод допускает экспериментальную проверку. Эллис (1895 — 1980) и Вустер (р. 1903) поставили соответствующий опыт в 1927 г. Они окружали Д-излучатель (~8~08В1) свинцовой оболочкой такой толщины, что она полносгью поглощала электроны, а также рентгеновское и 7-излучение, исходившие от 13-излучателя. По нагреванию свинцовой оболочки из-за )3-распада радиоактивного препарата и по числу распадов за определенное время можно было определить Радиоактивность [Гл.!Х среднюю полную энергию, приходящуюся на один акт распада. Правда, квлориметрические опыты очень трудны ввиду незначнгельности нагревания свинцовой оболочки.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
