1626435893-691da8e1223766775fc277661dcb4565 (844331), страница 41
Текст из файла (страница 41)
Однако, как отмечено в 8 б, запрет, накладываемый законом сохранения четности, не является абсолютным, хотя и приводит к очень сильному уменьшению вероятности соответствующего процесса. Легко убедиться, что в случае п-распада это уменьшение должно быть около Рзж10 '4. Действительно, согласно (6.10) волновую функцию любого энергетического состояния ядра можно записать в виде гг1г = арве + Ргг1гаарвг где Г=10 ~, а Чг „и Ч1„, „имеют разные четности.
Если ее-переход с данного уровня запрещен, то это означает, что У 17, и-Распад фр„не удовлетворяет закону сохранения четности. Но тогда этому закону должна удовлетворять ф„,р„и, следовательно, с вероятностью )Рф !2 Р2 !0-14 а-переход с запрещенного уровня является разрешенным. Конечно, заметить столь маловероятный и-распад на фоне разрешенных а-переходов с близкими энергиями можно только при выполнении специальных условий (предыстория возникновения уровней, благоприятные соотношения для вероятностей конкурирующих процессов н т. п.). В качестве примера рассмотрим и-распад '60.
На рис. 95 изображена схема и-, !3- и 7-переходов для ядер '6Х и '60. Энергия отделения се-частицы от ядра '«О е,=7,16 МэВ. Поэтому энергетически возможны «е-переходы с уровней 11,5 МэВ (2'), 9,85 МэВ (2'), 9,61 МэВ (1 ) и 8,87 МэВ (2 ). а-Переходы с трех первых уровней разрешены законами сохранения момента и четности и дают ц-частицы с энергиями, равными соответственно 3,25; 2,01 и 1,83 МзВ. Оценка прозвпачности барьера для этих а-переходов приводит к Г, „= 10 эВ, т. е, т„, х 10 'е с. Это время настолько мало, что и-распад идет вне конкуренции с у-переходами (Г,>Г ). а-Переход с уровня 8,87 МэВ (2 ) запрещен по четности, однако все-таки происходит за счет примеси в это энергетическое состояние, вносимой близко расположенными уровнями с тем же моментом, но противоположной четности (2 ).
Этот вклад и определяет Г;ф„„„(8,87 МзВ). Амплитуда примеси Г; вычисляется методами теории возмущений для каждого иго уровня 2" по формуле в ия(7.16) 116 г+ 169 г ,) 6,66 г+ р и ч Ю х 2 1 7,16 6+ 19 60 хв 70 ва пв Номер папалг Рис. 96 Рис. 95 Глава Ш. Радиоактивные нревраиения ядер (1', 2+1$' «18,87, 2 ) (17.38) Е; — 8,87 Оценка вероятности запрещенного и-перехода, сделанная с учетом полученных значений Г1, приводит к Г, „рж10 'о эВ или т, рж10 5 с. Таким образом, действительно т,, /т, „=10 19/1О '=10 '4, что на первый взгляд кажется совершенно безнадежным с точки зрения возможности экспериментального обнаружения запрещенных и-переходов.
На самом деле все обстоит гораздо благополучнее, потому что уровни 9,61 и 8,87 Мэ В образуются в результате предшествующего 1)-распада ядра '~Х (Т111 — — 7,1 с), причем !3-переход на уровень 8,87 МэВ идет с папзциальной вероятностью 1О 1, а на уровень 9,61 Мэ — 1О . Таким образом, упомянутые уровни ядра "О возникают в среднем через т (8,87)=7 101 с и т (9,61)=7 10' с соответственно. Поскольку оба эти значения т много больше как т, „, так и т„,„„ то они и определяют относительную частоту испускания и-частиц (запаздывающие и-частицы). При этом получается, что запрещенные п-частицы вроде бы должны испускаться даже в 10' раз чаще, чем разрешенные.
Но, конечно, это неверно, так как в проведенном рассуждении не учтено еще одно обстоятельство — конкурирующие 7-переходы, которые весьма существенны для 5уровня 8,87 МэВ (из-за сравнительно большого т,,аи 1О с). Оказывается, 1 ««вар/~' 1 1 10 /(3. !О )ж3 10, гак что окончательно для отношения числа разрешенных и запрещенных и-частиц имеем М„„„//У„„„,= 10-'/(3.
10-') =3 10'. Это тоже очень много, ио если учесть, что центр тяжести энергетического спектра разрешенных и-частиц (рис. 96) значительно сдвинут относительно запрещенной и-линии (стрелка на том же рисунке), то отношение в области запрещенной и-линии оказывается равным (1 — 2) 10'. Другими словами, фон превышает эффект «всего» в 100 — 200 раз. Измерить столь малый эффект очень трудно, но можно. Опыт был поставлен следующим образом *. В качестве мишени использовался газообразный 1514 под давлением 1 атме!05 Па, который облучался дейтронами с энергией 3 МэВ. В результате реакции б/! 15Р4 15«1 1 «Наеяя Н., 1пиыйен К., %ИП«е Н.//Рьув.
Иев. 1яц, !970. Чо1. 25, № 14. Р. 941 — 943. у 17. и-Распад возникал газообразный 'оХ, который выпускался из мишени через тонкие капилляры в маленькую (около 2 смз) камеру— детектор низкого (7 мм рт. ст.ж930 Па) давления. и-Частицы выходили из камеры через тонкие окошки и попадали в детектор. Импульсы с детектора после предварительного усиления подавались на вход 4х 128-канального анализатора. Энергия еьчастиц определялась с погрешностью ~10 кзВ.
Общий вид спектра и-частиц показан на упомянутом выше рис. 96, где по горизонтальной оси отложен номер канала, а по вертикальной — число отсчетов на один канал. Общее количество зарегистрированных частиц составляет 1,3 1Оо. Стрелкой показана область (канал № 32), куда должны попадать запрещенные а-частицы. В этой области число отсчетов на канал составляет около 1,5 10'.
Чтобы выделить на этом фоне небольшой (примерно 10з отсчетов на канал) эффект, была построена экспоненциальная аппроксимация экспериментальной кривой для всех каналов в интервале номеров ог 13 до 53, за исключением номеров 30 — 34 (рис. 97), на которую затем были нанесены все экспериментальные точки (включая полученные в каналах № 30 — 34). Из рисунка видно, что эти последние пать точек несколько возвышаются над аппроксимациониой кривой. АФ гт й '5- г й -Юоо и О ю рв Ронер оооооо Рис. 97 3Р 9Р 88 лонер еанаоа Рис.
98 202 Глава 111. Радиоактивные нревраивения ядер Разность ЛФ между экспериментальными значениями чисел отсчета и аппроксимационной кривой приведена на рис. 98. На этом рисунке надежно выделяется вклад в энергетический спектр от запрещенных и-частиц на всех пяти каналах с номерами от 30 до 34 (и даже на двух соседних каналах с номерами 28, 29). Таким образом, существование п-переходов, запрещенных по четности, можно считать экспериментально доказанным. Результаты эксперимента позволили оценить Г„"" (8,87) по следующей очевидной формуле: Ф,(8,87) Уе(8,87) Г,(8,87) [Г,(9,61)+,'~ Г,(9,61)~ Фв(9,61) Уе(9,61) 1Гв(8,87)+2,1 „(8,87)~ Г„(9,61) где Ф, (8,87) и )т', (9,61) — числа зарегистрированных п-частиц, испущенных соответственно с уровня 8,87 и 9,61 МэВ; Ур (8,87)(Ур (9,61) — отношение выходов р-частиц в переходах на уровни 8,87 и 9,61 МэВ; ЕГ„(8,87) и ХГ„(9,61) — полные радиационные ширины для уровней 8,87 и 9,61 МэВ соответственно.
Если учесть, что Г, (8,87) «ЕГ„(8,87) н Г, (9,61) »ХГ„ (9,61), то окончательно получим Г,(8,87)= "( ' ) е( ' )ХГ„(8,87). Ф„(9,61) Уе(8,87) Подставляя в формулу (17.39) полученные из эксперимента значения У,(8,87)ви7100+1800; Ф,(9,61)ки1,3 10 и известные из других экспериментов тв(8,87)ии(1,0+0,2) 10 '; Ур(9,61)=(1,19~0,10) 1О ' и ХГ„(8,87)=(2,7~0,5) МэВ, находйм Г;"' =(1,8+0,8) 10 'о эВ.
Это значение хорошо согласт- етсЯ с Г,"оо. В 18. (3-Распад 1. ТРИ ВИДА р-РАСГ)АДА. СВОЙСТВА р-РАДИОАКТИВНЫХ ЯДЕР (3-Распадом называется процесс самопроизвольного превращения нестабильного ядра в ядро-изобар с зарядом, отличным на ЛУ= + 1, в результате испускания электрона (позитрона) или захвата электрона. Период полураспада б. радиоактивных ядер изменяется от 1О ' с до 1О'в лрт.
Энергий б-распада заключена в пределах от 2,64 кэВ (для '~'1(е) до 16,6 МэВ (для '11Ч). Известны три вида р-распада: () -, р+-распад и е-захват (К-захват). 5 дй $-Распад 203 Простейшим примером электронного р-распада является (если не считать р-распад нейтрона) (1 -распад трития: з р з , Н вЂ”,Не. 12 лет йр с 5р Этот процесс схематически изображен на рис.
99,а. В конечном итоге распад трития сводится к превращению одного нейтрона в протон или, согласно ((ер1) ( 'Ф)0) современным кварковым представлени- ф~" / ям, к превращению одного гг'-кварка в и-кварк (см. 0 124). рнс. 99 Энергетическое условие возможности (Г-распада ядра с массовым числом А и зарядом л, записывается так: М(А, 2)>М(А, с.+1)+гн,. (18.1) Масса исходного (р -радиоактивного) ядра должна быть больше суммы конечного ядра и электрона. Это условие можно выразить через массы атомов, если к левой и правой частям неравенства (18.1) прибавить по Ут,: М„(А, г) > Мат(А, 7+1). Энергия, выделяющаяся при (Г-распадее, Ев- — — [М„(А, 2)-М„(А, У+1Цсз.
(18.3) Для рассмотренного примера Ер-=0,018 МэВ. Примером позитронного р-распада является распад ядра "еС, сопровождающийся испусканием положительного электрона — позитрона ". (1+ 20,4 мин В этом случае ()+-распад ядра е" С сводится как бы к превращению одного протона в нейтрон (рис.
99,б) или одного из и-кварков в Ы-кварк. Разумеется, это превращение надо понимать условно, так как масса протона меньше массы нейтрона, вследствие чего позитронный распад свободного протона невозможен. Однако для протона. связанного в ядре, ч Это и аналогичные ему равенства справедливы с точностью до энергии связи электронов в атомах. е* Об открытии и свойствах позитронов см. й 100. Глава Ш. Радиоактивные нревраивения ядер подобное превращение возможно, так как недостающая энергия восполняется ядром. Энергетическое условие ()"-распада записывается по аналогии с условием р -распада: М(А, 2+1)>М (А, 2)+т,. (18.4) Если, прибавив к обеим частям неравенства по (У+ 1)т„ перейти от масс ядер к массам атомов, то неравенство приобретет следующий вид: М„(А, У+1)>М„(А, У)+2т,. (18.5) Энергия, выделяющаяся при р+-распаде, Еа.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
