belonuchkin-zaikin-tsipenyuk-kvantovaya-fizika (1) (810753), страница 35
Текст из файла (страница 35)
Периоды полураспада меньше 10 ~ с не встречаются, так как при них значения 0,) получились бы болыпе 10 МВВ, т. е. больше средней энергии связи нуклонов в ядре; при таком избытке энергии ядро оказывается нестабильным по отношению к вылету нуклона, а этот процесс (когда он возможен) происходит гораздо быстрее )э-распада, за время порядка 1О 20 с. Процессы 1)-распада идут всегда, когда они энергетически возможны. Кулоновский барьер для )э-распада несущественен в силу очень малой массы электрона. Характерной особенностью )1-распада является энергетический спектр вылетающих частиц (рис. 10.12). В отличие от а-частиц, в данном случае мы имеем непрерывный энергетический спектр ш1ектропов )3-распада.
Наблюдающаяся непрерывность является следствием участия в процессе распада еще одной частицы --. нейтрино, обладающей ну- Т, левой энергией покоя (согласно последним данным Т,„„ верхний предел энергии покоя нейтрино составляет 3 эВ). Поэтому при одипочпом акте распада соотношение энергий электрона и нейтрино может быть любым, т. е.
энергия электрона может принимать л1обые значения от нуля до максимальной возможной энергии (полной выделяющейся энергии). Остановимся более подробно на энергетических процессах при )З-распаде. Рассмотрим атом с зарядом Я+1 и полной энергией Екэ с Пусть его нулевая энергия соответствует системе «одпократно ионизованйый атом плюс покоящийся свободный электрон»ь Последнее означает, что энергия нейтрального атома с зарядом х + 1 слегка отрицательна и имеет порядок энергии ГЛ. 10.
АТОМНОЕ ЯДРО 136 ионизационного потенциала атома (рис. 10.13). При этом возможны следуквцие случаи. А. Энергия Е атома с зарядом и выше, чем Е, Энергетически возможным является (э'-распад, т. е. распад с вылетом электрона, и атом и переходит в ионизованный атом У+ 1. Процесс Е, — э Е энергетически запрещен.
Атом У-е! Атом в Л 10 -распад) ия нейтрино 1 энергия электрона О 1 становится ионизованнмм нейтрино В 1К-захват) покоя лвух электронов ская энергия позитрона я нейтрино С (1) -распад) Рис. 10.13 В. Переход .Е., э Е, возможен только в том случае, если ядро У+ 1 поглощает электрон из атомных К-, Вч М-оболочек. Обычно ядром захватывается К-электронз и поэтому процесс часто называют К-захватом. Новый атом У образуется в возбужденном состоянии В* соответственно с вакансией (дыркой) в К- или Ь-оболочке.
Затем происходит переход в основное состояние, сопровождающийся испусканием характеристического излучения: В* — э В+ Ьи. (10.48) С. Энергия атома У такова, что Е. + 2тпс~ < Е „,. Также возможен процесс К-захвата, но, кроме того, ядро может претерпевать ф -распад (позитронный распад). Приведенное энергетическое соотношение легко получить. Если пэ -- масса электрона (позитрона), М, -- масса конечного ядра, а М, . масса исходного ядра, то должно выполняться неравенство М,с )М с +тсэ.
(10.49) 10Л. ЕСТЕСТВЕННАЯ И ИСКУССТВЕННАЯ РАДИОАКТИВНОСТЬ 137 Но массы атомов (' М. и М. 41) х и У+1 с учетом массы электронов равны А А "М = М, + Хгп, ' М,, = М., + (х, +1)т. (10.50) Подставив эти соотношения в условие (10.49), получим ~Мг, > М +27п (10.51) или Е., > Е + 2гвс~. (10.52) Важно подчеркнуть, что р'-распад процесс не впутриядерный, а внутринуклонный.
В ядре распадается одиночный нуклон — — нейтрон либо протон. Электронный распад связан с распадом нейтрона и" — 7рь+е +р. (10.53) При позитронном распаде в ядре распадается одиночный протон р -4п +е +и. (10.54) В формуле (10.53) знак «тильда» над нейтрино означает, что при распаде нейтрона образуется антинейтрино. Почему так происходит, будет подробно рассматриваться дальше в гл. 12.
Заметим, что в свободном состоянии нейтрон нестабилен, его период полураспада равен 10,5 мин. Свободный же протон не распадается, т. к. Вго масса мепыпс массы нейтрона, но для связанного в ядре протона подобное превращение возможно, недостающая энергия восполняется ядром. С 77'-распадом связано одно из удивительных открытий ХХ в. — — открытие несохранения четности. Кажется совершенно очевидным, что выбор системы координат, в которой математически записываются физические уравнения и происходит, соответственно, эволюция системы во времени, является вполне произвольным. Следовательно, не может быть разницы между описаниями одного и того же процесса в левой и правой системах координат.
Математически это означает, что все уравнения должны быть симметричны относительно операции пространственной инверсии, т. е. замены г на — г. Изменение знаков координат какой-либо точки соответствует положению точки, полученной в результате ее зеркального отражения в трех координатных плоскостях, и поэтому такое изменение системы координат можно трактовать как переход к совокупности событий, являющихся зеркальным изображениемданной совокупности событий. Преобразование пространственной инверсии обладает физическим смыслом вследствие того, что, как показывает опыт, про- цессы природы в основном симметричны относительно такого преобразования.
Это означает, что для всякого процесса в природе осуществляется и протекает с той жс вероятностью «зеркально симметричный» процесс. Рис. 10.14 Симметрия относительно преобразования пространственной инверсии приводит при квантовомеханическом описании к существованию у системы определенной пространственной четности. Иными словами, волновая функция системы либо четна, либо нечетна при этом преобразовании.
Пространственная четность сохраняется в процессах сильного и электромагнитного взаимодействий. Что же касается слабых взаимодействий, ГЛ. 10. ЛТОМНОЕ ЯДРО ответственных за 11-распад, то здесь ситуация иная. Гипотеза несохранения четности в слабых взаимодействиях была выдвинута Т.Д. Ли и Ч.Н. Янгом, которые предложили соответствующий эксперимент, поставленный Ч.С. Ву. Принципиальная схема опыта крайне проста.
Бета-активный изотоп 00Со помещался в магнитное поле О соленоида, которое поляризовало ядра кобальта, т. е. ориентировало их магнитные моменты вдоль поля (рис. 10.14). Вся система зеркально симметрична относительно плоскости токового витка, поэтому, казалось бы, и интенсивность излучения 11-электронов должна быть одинаковой по обе стороны от плоскости симметрии.
На самом деле в эксперименте наблюдалась резкая асимметрия (примерно на 40 70), т. е. асимметрия слабых взаимодействий относительно левого и правого. Гамма-излучение. В том случае, когда распад ядра с вылетом нуклона энергетически невозможен, происходит снятие возбуждения за счет испускания т-квантов высокоэнергетичных фотонов. Испускание ядром т-квантов с энергией, превышгпощей энергию связи нуклона, имеет место только в случае запрета по четности и моменту количества движения для вылета нуклопов 1или других частиц)., который делает процесс испускания ч-квантов относительно более вероятным. Если же подобного рода запрета не существует,то непускание таких «ядерных» частиц,как нейтроны, протоны, О-частицы, значительно более вероятно, чем у-излучение.
Последнее связано с тем, что ч-излучение обусловлено электромагнитным взаимодействием, тогда как вылет нуклонов и11и о-частиц просходит благодаря более сильному ядерному взаимодействию (этот тип фудаментального взаимодействия обычно называют сильным взаимодействием см. гл. 12). В отличие от 1У-распада, у-излучение — явление не внутринуклонное, а внутриядерное. Изолированный свободный нуклон не может испустить (или поглотить) у-квант из-за совместного действия законов сохранения энергии и импульса. Последнее полностью аналогично тому, что фотоэффект на свободных электронах невозможен. В то же время внутри ядра нуклон может испустить квант, передав при этом часть импульса другим нуклопам. В гл.
8 мы показали, что поскольку фотон безмассовая частица, для него не существует системы координат, в которой он покоится. Кроме того, для фотона бессмысленно делить его полный момент импульса на спиновый и орбитальный. Полный же момент может иметь в принципе любое целое (в единицах 6) значение, начиная с единицы. Именно поэтому часто говорят, что спин фотона равен 1, хотя более правильным является утверждение «мипималы1ое значение момента импульса фотона равно 1». Как упоминалось в ~) 8.1, состояние фотона, испущенного какой-либо системой, характеризуют мультипольностью, т. с.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
