1 Бета-розпад

1. ФІЗИКА АТОМНОГО ЯДРА 1.4. β-розпад

Види і властивості бета- розпаду. Елементи теорії бета-розпаду. радіоактивні сімейства

Бета-розпадом ядра називається процес мимовільного перетворення нестабільного ядра в ядро-ізобар в результаті випускання електрона (позитрона) або захоплення електрона. Відомо близько 900 бета-радіоактивних ядер. З них тільки 20 є природними, інші отримані штучним шляхом.
Види і властивості бета-розпаду

Існує три види β-розпаду: електронний β - розпад, позитронний β + -розпад і електронний захоплення (е -захватил). Основним видом є перший.

При електронному β - розпаді один з нейтронів ядра перетворюється в протон з випусканням електрона і електронного антинейтрино.

Приклади: розпад вільного нейтрона

При позитронному β + розпаді один з протонів ядра перетворюється в нейтрон з випусканням позитивно зарядженого електрона (позитрона) і електронного нейтрино

У разі електронного е-захоплення ядро ​​захоплює електрон з електронної оболонки (частіше До -оболонки) власного атома.

Бета-розпад можливий, коли різниця мас початкового і кінцевого ядер перевищує суму мас електрона і нейтрино. Завжди, коли енергетично можливий β + -розпад, можливий і е -захватил. Бета-розпад спостерігається у ядер з будь-яким масовим числом. Спостерігаються характеристиками при бета-розпаді є період напіврозпаду Т1 / 2. форми енергетичних β -спектр і інші характеристики.

Енергія β - розпаду лежить в інтервалі

Енергія, що виділяється при бета-розпаді, розподіляється між електроном, нейтрино і дочірнім ядром. Енергетичний спектр випускаються β-частинок неперервний від нуля до максимального значення Еβ. Формули для обчислення максимальної енергії бета-розпадів:

Період напіврозпаду Т1 / 2 пов'язаний з імовірністю λ бета-розпаду співвідношенням

Імовірність бета-розпаду сильно залежить від енергії бета-розпаду (λ

10 -2 сек 15 років.

Бета-розпад виникає в результаті слабкої взаємодії - одного їх фундаментальних взаємодій. При бета-розпаді поляризованих ядер порушується закон збереження просторової парності (Ву 1956 г.).

Елементи теорії бета-розпаду

Основна ідея теорії Е. Фермі (1934 г.): електрон і антинейтрино, що випускаються в процесі розпаду нейтрона. не входять до складу нейтрона, а народжуються в результаті слабкої взаємодії, який переводить нейтрон в протон. З огляду на короткодіючий характер слабкої взаємодії, Фермі запропонував розглядати взаємодію цих чотирьох частинок (чотирьох фермионов) в одній точці з постійною GF. Тоді розпад вільного нейтрона можна представити графічно у вигляді феймановской діаграми чотирьох ліній, що перетинаються в точці.

Четирехферміонное взаємодія наводить на думку, що слабка взаємодія переноситься проміжної часткою зі спіном 1, подібно до того. як електромагнітне взаємодія переноситься векторної часткою - фотоном (див. рис.2.8). Однак частка - квант слабкої взаємодії повинна володіти електричним зарядом і мати велику масу. Постійна слабкої взаємодії GF = 10 -49 ерг. см 3 пов'язана з масою цього векторного бозона W співвідношенням

Якщо покласти заряд векторного бозона g рівним заряду електрона e-. то маса векторного бозона ГеВ. Цей квант слабкої взаємодії (їх виявилося три) був виявлений експериментально в 1986р.

Радіоактивні сімейства (ряди)

Стійкість ядер (в середньому) знижується зі зростанням числа нуклонів А в ядрі. Всі важкі ядра з А> 209 нестабільні по відношенню до альфа-розпаду. тому кулоновская енергія відштовхування протонів в ядрі стає порівнянна з ядерними силами тяжіння нуклонів. При кожному α-розпаді ядро ​​втрачає чотири нуклона, з них два протона. В результаті частка нейтронів в ядрі зростає, а саме ядро ​​стає меншого розміру. Тому ядру стає енергетично вигідніше позбутися від надлишкового нейтрона через процес бета-розпаду. Чергуючи процеси α-розпаду і β-розпаду, ядро ​​прагне наблизитися до «дорозі β -стабільності», тобто станом. при якому число нейтронів приблизно дорівнює числу протонів.

Закони зміщення ядер при α-розпаді (А → А - 4; Z → Z - 2) при β розпаді (А → А; Z → Z +1). Оскільки масове число А при α-розпаді змінюється на 4, а при β розпаді А не змінюється, то члени різних радіоактивних сімейств не "переплутуються» між собою. Вони утворюють окремі радіоактивні ряди (ланцюжки ядер), які закінчуються своїми стабільними ізотопами.

Масові числа членів кожного радіоактивного сімейства характеризуються формулою

a = 0 для сімейства торію. a = 1 для семества нептунію, a = 2 для сімейства урану, a = 3 для сімейства актиноурана. n - ціле число (табл. 1.2).
Радіоактивні сімейства Таблиця 1.2