Види радіоактивного розпаду - студопедія
До сих пір ми не говорили про правила, яким підкоряється процес радіоактивного розпаду і про випромінювання, яке випускається при цьому. У цьому випромінюванні, між тим, і криється головний інтерес, який змушує нас пильно стежити за всім, що пов'язано з атомною енергетикою і атомною зброєю.
Радіоактивне випромінювання не сприймається звичайними органами почуттів людини. За своєю природою його можна розділити на три основних види, які історично отримали назви # 945 ;, # 946; і # 947; - променів. Ці промені являють собою або потік частинок (# 945; і # 946; - випромінювання), або потік електромагнітних хвиль (# 947; - промені). Надалі було встановлено, що радіоактивний розпад супроводжується випусканням різних елементарних частинок (протонів, нейтронів, нейтрино, позитронів і т.д.) і електромагнітних хвиль всіх видів (радіо хвилі, світло, рентгенівське випромінювання).
Залежно від виду радіоактивного випромінювання, яке супроводжує процес розпаду, за сучасними уявленнями розрізняють п'ять основних типів радіоактивності:
1. # 945; - розпад, коли поряд з дочірнім ядром виникає потік # 945; - частинок, які є ядрами ізотопу;
2. # 946; - розпад, який супроводжується випромінюванням або потоку електронів - е -. або потоку позитронів - е +. або є захоплення ядром одного з електронів внутрішніх електронних оболонок атома. Це, в кінцевому підсумку, призводить до перетворення одного з протонів в нейтрон і випускання атомом рентгенівського випромінювання;
3. спонтанне ділення - мимовільний розпад ядра на дві приблизно рівні частини;
4. однопротонний розпад - супроводжується випромінюванням одного протона на кожен акт розпаду;
5. двухпротонний розпад - коли кожен розпад призводить до випромінювання ядром двох протонів.
Всі види перетворень ядер одного хімічного елемента в ядра іншого протікають відповідно всього з трьома правилами:
1. Закон збереження електричного заряду - сумарний заряд продуктів розпаду дорівнює заряду розпадається ядра.
2. Закон збереження числа нуклонів - сума нуклонів в продуктах розпаду дорівнює числу нуклонів в распадающемся ядрі.
3. Закон збереження повної енергії - повна енергія продуктів розпаду дорівнює повній енергії розпадається ядра.
Якщо підрахувати сумарну масу спокою дочірнього ядра і випущених при радіоактивному розпаді частинок, то вона завжди виявляється менше маси спокою материнського ядра, тобто виникає так званий дефект мас. Як відомо, будь-яких змін маси системи тел відповідають еквівалентні зміни енергії цієї системи, відповідно до формули Ейнштейна: # 916; Е = mc 2. У нашому випадку це означає, що дочірнє ядро і випущені частки набувають при розпаді деякий запас кінетичної енергії, пропорційний дефекту мас.
Зазвичай, всі типи радіоактивності супроводжуються випусканням # 947; - променів, яке представляє собою потік квантів жорсткого електромагнітного випромінювання з довжиною хвилі від 10 -10 м до 10 -13 м. Це пов'язано з тим, що виникло в результаті радіоактивного розпаду дочірнє ядро, відповідно до законів квантової механіки, може перебувати в кількох різних станах . У кожному з них воно має певну енергією. Стан з найменшою можливою енергією є найбільш стійким і називається основним. Решта стану є збудженими. У збудженому стані ядро може перебувати, приблизно, 10 -8 - 10 -12 с. Потім відбувається перехід в основний стан. Цей перехід може бути реалізований через ряд проміжних станів. При цьому різниця енергій ядра в різних станах випускається у вигляді # 947; - квантів.
Три останніх типу розпаду (спонтанне ділення, одно-та двох протонна радіоактивність) досить рідкісне явище в природі, і їх ми розглядати не будемо. Зупинимося детальніше на # 945; і # 946; розпаді.
# 945; - розпад протікає за наступною схемою:
,
де X - хімічний символ материнського, що розпадається ядра, Y - символ дочірнього ядра.
Відповідно до цієї схеми, знову утворився елемент зрушать в періодичній таблиці Менделєєва на два номери вліво, а його атомна маса менше на чотири одиниці. # 945; - розпад відчувають майже всі важкі ядра з Z> 83 і всього кілька ізотопів з Z <83, причем периоды их полураспада очень велики (неодим , Т = 5·10 15 лет; платина , Т = 10 12 лет)
енергія # 945;-частинок, що виникають при розпаді ядер різних хімічних елементів, лежить зазвичай в межах від 4 до 8 МеВ (максимум 10,5 МеВ, мінімум 1,8 МеВ). Це відповідає швидкості вильоту # 945; - частинок з ядра від 1,2 × 10 7 до 2,0 × 10 7 м / с. Однак, енергія # 945; - частинок, що випускаються ядрами одного і того ж ізотопу, має всього кілька суворо визначених значень. Інакше кажучи, # 945;-випромінювання має дискретний енергетичний спектр. Щоб зрозуміти це, згадаємо, що дочірнє ядро може виникати в різних енергетичних станах. Якщо дочірнє ядро народжується відразу в основному стані,
.
Розглядаючи явище радіоактивного розпаду, ми негласно вважали, що материнське ядро завжди знаходиться в основному стані. Однак це не так. Воно теж як і дочірнє, може мати кілька енергетичних станів. З цієї причини спектр # 945; - випромінювання складається з декількох груп ліній з близькими значеннями енергій.
Бета-розпад полягає у внутрішньоядерних взаємне перетворення нейтрона і протона. Усе # 946; -распадчікі - це нукліди з порушеним ставленням числа протонів і нейтронів (N / Z) в ядрі.
Якщо в ядрі є надлишок нейтронів, то ядро відчуває електронний розпад, при якому один з нейтронів ядра перетворюється в протон, випускаючи при цьому електрон і антинейтрино:
.
схема атомних перетворень має вигляд:
.
Як приклад розглянемо розпади:
, , .
Як видно, при такому перетворенні вторинний елемент зсувається в періодичній таблиці на один номер вправо, а значення масового числа залишається без зміни.
Якщо несприятливе співвідношення N і Z в ядрі обумовлено надлишком протонів, то відбувається позитронний розпад. У цьому випадку один з протонів перетворюється в нейтрон, при цьому з ядра викидається позитрон (частка з масою рівною масі електрона і таким же, але позитивним зарядом) і нейтрино:
Ізотопне перетворення реалізується за схемою:
У природі такої розпад відчувають ізотопи азоту і натрію:
, .
При позитронному розпаді дочірнє ядро зсувається в таблиці Менделєєва на один номер вліво. Загальна кількість нуклонів при цьому не змінюється.
третій вид # 946; розпаду полягає в тому, що ядро поглинає один з електронів свого атома. Найчастіше це відбувається з електронами К-шару, рідше захоплюються електрони з L або М шарів. В результаті один з протонів перетворюється в нейтрон, випускаючи при цьому нейтрино:
.
цей вид # 946; розпаду отримав назву е-захоплення (К-захоплення). Його схема виглядає наступним чином:
.
Прикладом може служити розпад берилію:
.
Відзначимо, що е-захоплення завжди супроводжується випусканням характеристичного рентгенівського випромінювання, тому що на місце, що звільнилося переходять електрони з більш високих енергетичних рівнів.
В результаті Е-захоплення так само, як і при # 946; + Розпаді, масове число ядра не змінюється, а порядковий номер зменшується на одиницю.
На відміну від # 945; -радіоактивне енергетичний спектр електронів і позитронів не є дискретним, хоча ядро, як і раніше, може перебувати тільки в деяких певних енергетичних станах. Це пов'язано з тим, що енергія розпаду розподіляється між електроном і антинейтрино або між позитроном і нейтрино абсолютно довільним чином. Зокрема, якщо нейтрино не отримає нічого, то енергія електрона або позитрона буде максимальною і навпаки.
Відзначимо, що всього відомо близько 1000 ізотопів # 946; -распадчіков. З них тільки 20 є природними. Переважна більшість цих ізотопів відчуває # 946; - розпад.
І на закінчення, дамо коротку характеристику електромагніт-ному випромінювання, що супроводжує радіоактивний розпад. Перш за все зазначимо, що при радіоактивному розпаді утворюється весь інтервал електромагнітних хвиль від 0 до ∞. Ми розглянемо тільки # 947;-випромінювання і рентгенівські промені, тому що тільки вони здатні викликати іонізацію атомів речовини, з яким взаємодіють.
# 947;-випромінювання: супроводжує більшості радіоактивних перетворень, інтервал довжин хвиль # 955; = 10 -5 ÷ 10 -1 нм; v = 3 × 10 18 ÷ 3 × 10 22 Гц; # 949; # 947; = 0,01 ÷ 100 МеВ. При радіоактивному розпаді випускаються як правило # 947; - кванти з енергією від 0,2 до 3 МеВ.
Рентгенівське випромінювання: # 955; = 10 -4 м ÷ 80 нм; v = 3,8 × 10 15 ÷ 3 × 10 21 Гц; # 949; = 12 еВ ÷ 10 МеВ. У більшості випадків випускаються рентгенівські кванти з енергією від 20еВ до 1 МеВ.