Д.В. Сивухин - Общий курс физики. Том 5. Атомная и ядерная физика (1121281), страница 121
Текст из файла (страница 121)
Объясняется это тем, что вероятность Д-распада определяется более слабо меняющейся функцией энергии Д-частицы, чем вероятность а-распада. Возбужденные ядра, способные к испусканию ч-квантов, могут также возникать в результате захвата нейтронов, в результате кулоновского возбуждения ядер при столкновениях с заряженными частицами в различных ядерных реакциях. 3.
Возбужденное ядро может перейти в основное состояние не только путем испускания 7-кванта, но и путем непосредственной передачи энергии возбуждения одному из электронов атомных оболочек К-, Ь-, М-электрону и т.д.). Этот процесс, конкурирующий с у-излучением, называется внутренней конверсией электронов, а сами электроны —- электрон ми внутренней конверсии.
Внутренняя конверсия может конкурировать с 7-излучением. Но она может происходить и без него (например, в случае О-О-переходов, когда непускание у-квантов вообще невозможно). Отношение среднего числа электронов внутренней конверсии к среднему числу испускаемых 7-квантов для конкретного перехода называется коэффициентом внутренней конверсии перехода, Коэффициент конверсии зависит от энергии и мультипольности перехода. Поэтому измеряя на опыте коэффициент конверсии, можно установить мультипольность и, таким образом, спин возбужденного ядра. Энергия электрона внутренней конверсии 5, определяется выраженном (75.1) где й -- энергия, освобождаемая при ядерном переходе, а з — энергия связи электрона в электронной оболочке атома.
Очевидно, что электроны внутренней конверсии моноэнергетичны. Это и позволяет отличить их ог электронов, испускаемых при,д-распаде ядер, спектр которых непрерывен. Если энергия возбуждения ядра дз меньше энергии связи электрона з - в К-слое, то, очевидно, внутренняя конверсия на электронах К-слоя энергегнческн невозможна. Такой случай может иметь место для тяжелых ядер. Однако в этом случае может происходить внутренняя конверсия на электронах других слоев. Внутренняя конверсия сопровождается рентгеновским излучением, которое возникает в результате переходов электрона с вышележащих электронных слоев и оболочек на место, освобожденное электроном внутренней конверсии. Этот процесс вполне аналогичен обычному возбуждению рентгеновского харакгеристического спектра атомов (см.
5' 48). В результате внутренней конверсии могут появиться и электроны Оже (см. 5 48). Если энергия й возбуждения ядра превьппает удвоенную собственную энергию электрона, т. е. д > 2тсз = 1,02 МэВ, [Гл.!Х Радиоактивность 486 то может происходить процесс парной конверсии., при котором ядро теряет энергию возбуждения путем одновременного испускания электрона и позитрона. Электронная оболочка атома на такой процесс не оказывает никакого влияния, а потому он может происходить на ядре, лишенном атомных электронов.
Однако вероятность парной конверсии не превышает примерно тысячной доли вероятности испускания у-кванта. 4. Среднее время жизни 7-активных ядер обычно невелико (порядка 10 ~-10 11 с). Однако при сочетании высокой степени запрета с малыми расстояниями между энергетическими уровнями могуг возникатьь долгоживущие или метастабильные 7-активные ядра со временами жизни макроскопического масштаба (до нескольких часов и даже больше).
Такие возбужденные метастабильные ядра называются иэомерами. Явление изомерии было открыто в 1921 г. Отто Ганом (1879— 1968). Он обнаружил, что прн )3-превращениях 2:14ТЛ Ы1 зо ПХ л получаются два радиоактивных вещества, названных им УХ1 и БХ2, которые состоят из одинаковых ядер 21Ра, но имеют различныс периоды полураспада (6,7 ч и 1,22 мин соответственно). В 1935 г. аналогичное явление было открыто И. В. Курчатовым с сотрудниками на искусственных радиоактивных ядрах фВг и лэлзВг, получаемых путем облучения нейтронами естественной смеси изотопов брома ДВг и ЦВг. Объяснение природы изомерин сущестнованием у ядер метастабильных состояний было дано в 1936 г.
Вейцзеккером. Обычно изомерный уровень имеет спин, сильно отличающийся от спинов нижележащих уровней, и характеризуется низкой энергией возбуждения. Этому условию удовлетворяют значения 2 и Д1, лежащие непосредственно перед магическими числами 50., 82 и 126 со стороны меньших Е и гз'. Как правило, изомерные состояния совпадают с первым возбужденным уровнем ядра. Такие закономерности следует ожидать и с точки зрения оболочечной модели ядра. Но существуют и изомеры, не подчиняющиеся этим правилам (таков, например, изомер кюрия 24'.Сп1 с энергией возбуждения 1,04 МэВ). В некоторых ш1учвях ядра могут иметь по два метастабильных уровня и, следовательно, обнаруживать три периода полураспада.
Примером может служить ядро л18Ь, испускающее электроны с периодами 12 полураспада 60 дней, 21 и 1,3 мин. Ядерная изомерия — не столь редкое явление, как может показаться на первый взгляд. Известно около сотни дос1аточно долгоживущих ядер. Наибольшее число изомерных состояний встречается у ядер с нечетным массовым числом А. Изомеры достаточно часто встречаются у нечетно-нечетных ядер и очень редко у четно-четных. Время жизни возбужденного ядра изменяется в широких пределах (от очень малых долей секунды до многих тысяч лет).
Так, изомер 22ьлМр имеет период з 76) Эффект Мессбаузра 487 полураспада 5000 лет, а изомер 1заСз -- 2,8 10' '" с. Можно ожидать., что с развитием методики эксперимента будут обнаружены изомеры с еще более длинными и короткими периодами полураспада. Метастабильные состояния наблюдаются и у Д-стабилышх ядер. В этих случаях метаствбильное ядро переходит в основное состояние путем испускания 7-квантов и конверсионных электронов.
Примером может служить Д-стабильное ядро 'Я1п (9/24), которое имеет мета- стабильный изомер с энергией возбуждения 0,393 МэВ и временем жизни 104 мин (1/2е ). Изомерия может также проявляться в форме существования у ядра нескольких периодов полураспада относительно спонтанного деления. 8 76. Эффект Мессбаузра бу+Кдд 1 ~+Ряд где К,д н Р,д — кинетическая энергия и импульс ядра после испускания т-кванта, а Р, -- импульс испущенного у-кванта. (Предполагается, что до испускания 7-кванта ядро покоилось.) Таким образом, кинетическая энергия ядра отдачи Рэ 7 2М„ Р,,"д К дд= 2М 1.
В 1958 г. было обнаружено резонансное поглощение у-лучей, получившее название эффекта Мессбарзра (р. 1929) по имени ученого, который сделал это открытие. Явление это аналогично оптической резопаисиой флуорссцеиции. Оно состоит в том, что если возбужденный атом (или ядро) испустил фотон, го другой энной же, ио невозбужденный атом (или ядро) способен с большой вероятностью его поглощать.
Для выяснения условий, при которых возможно резонансное поглощение 7-квантов (фотонов), надо принять во внимание, что в процессе испускания энергия возбужденного ядра передается не только 7-кванту, но и самому ядру — в виде кинетической энергии поступательного движения последнего, или энергии отдачи. Аналогично, при поглощении энергия 7-кванта идет не только на внутреннее возбуждение ядра, но и на сообщение ему поступательного движения.
Допустим, что первое ядро до испускания, а второе до поглощения 7-кванта неподвижны. Тогда энергия испушенного 7-кванта окажется недостаточной, чтобы возбудигь второе ядро. Для внугреннего возбуждения поглощающего ядра до того же энергетического уровня, на котором находилось испускающее ядро, требуется 7-квант большей энергии.
Рассмотрим этот вопрос более подробно. Пусть неподвижное ядро испустило 7-квант. Если б разность энергий ядра до и после испускания, то на основании законов сохранения энергии и импульса можно написать [Гл.!Х Радиоактивность 488 где Мя — масса ядра. Импульс и энергия 7-кванта связаны соотноше- нием в, = сР . Поэтому бг яд— 2М,дс 2 ' Но подавляющую долю энергии при испускании уносит 7-квант. На до- лю кинетической энергии ядра (из-за большой массы Мяд) приходится ничтожная часть.
Следовательно, с достаточной точностью 6 Кяд — 2 . 2Мядс (76.1) Рассмотрим теперь поглощение 7-кванга ядром. В этом случае все величины будем обозначать теми же, но штрихованными буквами. Исключение оставим для величины 1м так как она имеет в точности тот жс смысл, что и раньше, а именно равна разности между теми же энергетическими уровнями ядра. Это есть внутреннее свойство ядра и не зависит от того, рассматривается ли оно в процессе испускания или поглощения 7-кванта. Таким образом, при поглощении Ф' = Ф + К,'д, Р' = Р,' откуда 22 22 12 Р„Р., б 2М„Я 2МЯд 2МяяС или с прежней точностью 2 К' = — — =Кя .
яд 2М 2 Я дс (76.2) г — йз = К.'д + К.д — 2К„. (76. 3) 2. Полученные результаты полностью применимы к испусканию и поглощению 7-квантов в оп"гической области спектра. Только в этом случае непускание и поглощение производится не ядрами, а электронными оболочками атомов. В соответствии с этим во всех формулах, приведенных выше, массу ядра следует заменить на массу атома (что практически не имеет абсолютно никакого значения). Кроме того, вместо термина я7-кваитя в оптической области спектра используется термин дфотонк В идеальном случае для получения резонансного поглощения требуется совпадение линий испускания и поглощения., г.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
