Савельев - Курс общей физики Том 3 - Оптика, Атомная физика, элементарные частицы (934757), страница 72
Текст из файла (страница 72)
нормальном, но и в воз- бужденных состояниях. Переходя затем в состояние с меньшей энергией, ядро высвечивает у-фотон. В качестве примера 8=распада можно привести превращение торня Тум в протактиний Рам' с испусканием электрона и антинейтрино: ~~Я~234 ~Ра234+ еО+ й В отличие от а;частиц, обладающих в пределах каждой группы строго определенной энергией, Д-электроны обладают самой разнообразной энергией от 0 до Е „. На рис.
254 изображен энергетический спектр электронов, испускаемых ядрами при 8-распаде. Площадь, охватываемая кривой, дает общее число электронов, испускаемых в единицу времени, йу — число электронов, энергия которых заключена в интервале дЕ. Энергия Е„хх соответствует разности между массой (имеется в виду масса покоя) материнского ядра и массами электрона и дочернего ядра. Следовательно, распады, при которых энергия электрона Е меньше Е„„, протекают с кажущимся нарушением закона сохранения энергии. Чтобы 454 обьяснить исчезновение энергии Е я — Е, В. Паули высказал в 1932 г. предположение, что при ~-распаде вместе с электроном испускается еще одна частица, которая уносит с собой энергию Е„я — Е. Так как эта частица никак себя не обнаруживает, следовало признать, что она нейтральна и обладает весьма малой массой (в настоящее время установлено, что масса покоя этой частицы, по-видимому, равна нулю).
По предложению Э. Ферми эту гипотетическую частицу назвали н е й тр н но ') (что означает «маленький нейтрон»). Ил1еется еще одно основание для предположения о нейтрино (или антинейтрино). Спин нейтрона, протона и электрона одинаков и равен '/,. Если написать схему (87.6) без антннейтрино, то суммарный спин возникающих частиц (который для двух частиц с з = '/а может быть либо нулем, либо единицей) будет отличаться от спина исходной частицы. Таким образом, участие в р-распаде еще одной частицы диктуется законом сохранения момента импульса, причем этой частице необходимо приписать спин, равный '/я (или а/а), установлено, что спин нейтрино (или антинейтрино) равен '/я.
Непосредственное экспериментальное доказательство существования нейтрино было получено только в !966 г. Итак, энергия, выделяющаяся при В=распаде, распределяется между электроном и антинейтрино в самых разнообразных пропорциях. Второй вид р-распада (р'-распад) протекает по схеме: )тл + ул++ на+и (90.6) В качестве прил1ера можно привести превращение азота )ч'а в углерод С'а: ~~а а С1а+ со+,р Как видно из схемы, атомный номер дочернего ядра на единицу меньше, чем материнского. Процесс сопровождается испусканием позитрона е+ (в формуле (90.6) он обозначен символом +гав] и нейтрино т, возможно также возникновение у-лучей.
Позитрон является анти- частицей для электрона. Следовательно, обе частицы, испускаемые при распаде (90.6), представляют собой ') Согласно принятой в настоящее время классификации яри р--распаде испускается ие нейтрино, а антииейтрино. Ф% античастицы по отношению к частицам, испускаемым при распаде (90.5). Процесс р+-распада протекает так, как если бы один из протонов исходного ядра превратился в нейтрон, испустив при этом позитрон и нейтрино: р-~п+е++т. (90.7) Для свободного протона такой процесс невозможен по энергетическим соображениям, так как масса протона меньше массы нейтрона. Однако протон в ядре может заимствовать требуемую энергию от других нуклонов ядра.
Третий вид й-распада (К-захват или е-захват) заключается в том, что ядро поглощает один из К-электронов (реже адин из Е- или М-электронов) своего атома, в результате чего один из протонов превращается в нейтрон, испуская при этом нейтрино: р+е -ни+э. Возникшее ядро может оказаться в возбужденном состоянии.
Переходя затем в более низкие энергетические состояния, оно испускает у-фотоны. Схема процесса вы~ладит следующим образом: е)(А+ еО +е,ух+,д (90.8) Место в электронной оболочке, освобожденное захваченным электроном, заполняется электронами из вышележащих слоев, в результате чего возникают рентгеновские лучи.
К-захват легко обнаруживается по сопровождающему его рентгеновскому излучению. Именно этим путем и был открыт К-захват Альварецом в 1937 г. Примером К-захвата может служить превращение калия Км в аргон Агш: мКм+,е~ — мАгш+ т. Протонная радиоактивность. Как показывает само название, при протонной радиоактивности ядро претерпевает превращение, испуская один или два протона (в последнем случае говорят о двупротонной радиоактивности). Этот вид радиоактивности наблюдался впервые в !963 г.
группой советских физннов, руководимой Г. Н. Флеровым. 456 Спонтанное деление тяжелых ядер. Процесс самопроизвольного деления ядер урана на две примерно равные части был обнаружен в !940 г. советскими физиками Г. Н. Флеровым и К. А. Петржаком, Впоследствии это явление было наблюдено и для многих других тяжелых ядер. По своим характерным чертам спонтанное деление близко к вынужденному делению, которое рассматривается в 5 92.
Единица активности. В международной системе единиц (СИ) активность радиоактивных препаратов измеряется числом распадов в секунду. Соответственно единицей активности в этой системе является распад/сек. Допускается применение внесистемных единиц: раслад/мин и кюри Единица активности, называемая кюри, определяется как активность такого препарата, в котором происходит 3,700. !Ом актов распада в секунду. Применяются дробные единицы (милликюри,,кикрокюри н т. д.), а также кратные единицы (килокюри, мега- кюри). й 91.
Ядерные реакции Ядерной реакцией называется процесс интенсивного взаимодействия атомного ядра с элементарной частицей или с другим ядром, приводящий к преобразованию ядра (или ядер). Взаимодействие реагирующих частиц возникает при сближении нх до раестояний порядка Гб " см благодаря действию ядерных сил. Наиболее распространенным видом ядерной реакции является взаимодействие легкой частицы а с ядром Х, в результате которого образуется легкая частица Ь и ядро У: Х+а-+У+ Ь. Обычно реакции такого вида записываются сокращенно в виде: Х(а, Ь)У. (91.!) В скобках указываются участвующие в реакции легкие частицы, сначала исходная, затем конечная. В качестве частиц а .и Ь могут фигурировать нейтрон (л), протон (р), ядро тяжелого водорода ~Нз †дейт (а), и-частица (сс) и у-фотон (у). Ядерные реакции могут сопровождаться как выделением, так н поглощением энергии.
Количество 457 выделяющейся энергии называется т е и л о в ы м э ффектом реакции. Он определяется разностью масс покоя (выраженных в энергетических единицах) исходных и конечных ядер, Если сумма масс образующихся ядер превосходит сумму масс исходных ядер, реакция идет с поглощением энергии и тепловой эффект ее будет отрицательным. Как установил Н.
Бор в 1936 г., реакции„вызываемые не очень быстрыми частицами, протекают в два этапа. Первый этап заключается в захвате приблизившейся к ядру Х на достаточно малое расстояние (такое, чтобы могли вступить в действие ядерные силы) посторонней частицы а и в образовании промежуточного ядра П, называемого составным ядро м нли к о ми а у н д-я д р о м.
Энергия, привнесенная частицей а (она слагается из кинетической энергии частицы и энергии ее связи с ядром), за очень короткое время пере- распределяется между всеми нуклонами составного ядра, в результате чего зто ядро оказывается в возбужденном состоянии. На втором этапе составное ядро испускает частицу Ь(п, р, а, у).
Символически такое двустадийное протекание реакции (91.1) можно представить следующим образом: Х + а -э-П -~ У + Ь. (91.2) Может случиться, что испущенная частица тождественна с захваченной (Ь вЂ” = а). Тогда процесс (91.2) называют рассеян нем, причем в случае, если энергия частицы Ь равна энергии частицы а (Ев = Е„), рассеяние будет упругим, в противном случае (т. е. при Еь Ф Е,) — неупругим. Ядерная реакция имеет .место, если частица Ь не тождественна с а. Промежуток времени тж который требуется нуклону с энергией порядка ! Мэв (что соответствует скорости иуклона 1О'см/сек) для того, чтобы пройти расстояние, равное диаметру ядра (-1О м см), принимается в качестве естественной ядерной единицы врем ен и.
Эта единица имеет величину: (91.3) Среднее время жизни составного ядра (равное 1О-и— !О м сек) на много порядков превосходит ядерное вре- 458 мя т . Следовательно, распад составного ядра (т. е. непускание им частицы Ь) представляет собой процесс, не зависящий от первого этапа реакции, заключающе» гося в захвате частицы а (составное ядро как бы «забывает> способ своего образования). Одно и то гке составное ядро может распадаться различными путями, причем характер этих путей н их относительная вероятность не зависят от способа образования составного ядра.
Реакции, вызываемые быстрыми пуклонами и дейтонами '), протекают без образования промежуточного ядра. Такие реакции носят название прямых ядерных взаимодей- т с т в и й. Типичной реакцией прямого взаимодействия является р е а к ц и я с р ы в а, наблюдающаяся при не- центральных соударениях дейтона с ядром. При таких соударениях один из нуклонов дейтона может попасть — 9 в зону действия ядерных сил и будет захвачен ядром, в то время как другой нуклон останется вне зоны действия ядерных сил и пролетит мимо 6 ядра.
В ядерной физике вероятность рис. збз взаимодействия принято характеризовать с помощью так называемого э ф ф е к т ив н о г о с е ч е н и я и. Смысл этой величины заключается в следующем. Пусть поток частиц, например нейтронов, падает на мишень, настолько тонкую, что ядра мишени не перекрывают друг друга (рис. 255). Если бы ядра были твердыми шариками с поперечным сечением а, а падающие частицы — твердыми шариками с исчезающе малым сечением, то вероятность того, что падающая частица заденет одно из ядер мивегги, была бы равна Р=опб, где п — концентрация ядер, т.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
