1 Бета-распад. Виды и свойства бета- распада. Элементы теории бета-распада. Радиоактивные семейства



Дата25.06.2016
өлшемі1.81 Mb.

1. ФИЗИКА АТОМНОГО ЯДРА 1.4. β-распад



1.4. Бета-распад.

Виды и свойства бета- распада. Элементы теории бета-распада. Радиоактивные семейства

Бета-распадом ядра называется процесс самопроизвольного превращения нестабильного ядра в ядро-изобар в результате испускания электрона (позитрона) или захвата электрона. Известно около 900 бета-радиоактивных ядер. Из них только 20 являются естественными, остальные получены искусственным путем.
Виды и свойства бета-распада

Существует три вида β-распада: электронный β-распад, позитронный β+-распад и электронный захват(е-захват). Основным видом является первый.

При электронном β-распаде один из нейтронов ядра превращается в протон с испусканием электрона и электронного антинейтрино.

 . (1.41а)

Примеры: распад свободного нейтрона



, Т1/2=11,7 мин;

распад трития



, Т1/2= 12 лет.

При позитронном β+-распаде один из протонов ядра превращается в нейтрон с испусканием положительно заряженного электрона (позитрона) и электронного нейтрино



. (1.41б)

Пример


·

В случае электронного е-захвата ядро захватывает электрон с электронной оболочки (чаще К-оболочки) собственного атома.



. (1.41в)

Пример


.

Бета-распад возможен, когда разность масс начального и конечного ядер превышает сумму масс электрона и нейтрино. Всегда, когда энергетически возможен β+-распад, возможен и е-захват. Бета-распад наблюдается у ядер с любым массовым числом. Наблюдаемыми характеристиками при бета-распадах являются период полураспада Т1/2, формы энергетических β-спектров и другие характеристики.

Энергия β распада лежит в интервале

·

Энергия, выделяющаяся при бета-распаде, распределяется между электроном, нейтрино и дочерним ядром. Энергетический спектр испускаемых β-частиц непрерывен от нуля до максимального значения Еβ. Формулы для вычисления максимальной энергии бета-распадов:



, (1.42)

, (1.43)

, (1.44)

где – масса материнского ядра, – масса дочернего ядра. me – масса электрона.

Период полураспада Т1/2 связан с вероятностью λ бета-распада соотношением

.

Вероятность бета-распада сильно зависит от энергии бета-распада (λ~ Eβ5 при Eβ >> mec2), поэтому период полураспада Т1/2 меняется в широких пределах

10-2 сек < Т1/2 < 2 1015 лет.

Бета-распад возникает в результате слабого взаимодействия – одного их фундаментальных взаимодействий. При бета-распаде поляризованных ядер нарушается закон сохранения пространственной четности (Ву 1956 г.).


Элементы теории бета-распада

Основная идея теории Э.Ферми (1934 г.): электрон и антинейтрино, испускаемые в процессе распада нейтрона, не входят в состав нейтрона, а рождаются в результате слабого взаимодействия, переводящего нейтрон в протон. Учитывая короткодействующий характер слабого взаимодействия, Ферми предложил рассматривать взаимодействие этих четырех частиц (четырех фермионов) в одной точке с постоянной GF. Тогда распад свободного нейтрона можно представить графически в виде феймановской диаграммы четырех линий, пересекающихся в точке.

Четырехфермионное взаимодействие наводит на мысль, что слабое взаимодействие переносится промежуточной частицей со спином 1, подобно тому, как электромагнитное взаимодействие переносится векторной частицей – фотоном (см. рис.2.8). Однако частица – квант слабого взаимодействия должна обладать электрическим зарядом и иметь большую массу. Постоянная слабого взаимодействия GF =10-49 эрг.см3 связана с массой этого векторного бозона W соотношением

.

Если положить заряд векторного бозона g равным заряду электрона e-, то масса векторного бозона ГэВ. Этот квант слабого взаимодействия (их оказалось три) был обнаружен экспериментально в 1986г.


Радиоактивные семейства (ряды)

Устойчивость ядер (в среднем) понижается с возрастанием числа нуклонов А в ядре. Все тяжелые ядра с А > 209 нестабильны по отношению к альфа-распаду, т.к. кулоновская энергия отталкивания протонов в ядре становится сравнима с ядерными силами притяжения нуклонов. При каждом α-распаде ядро теряет четыре нуклона, из них два протона. В результате доля нейтронов в ядре возрастает, а само ядро становится меньшего размера. Поэтому ядру становится энергетически выгоднее избавиться от избыточного нейтрона через процесс бета-распада. Чередуя процессы α-распада и β-распада, ядро стремится приблизиться к «дороге β-стабильности», т.е. состоянию, при котором число нейтронов приблизительно равно числу протонов.

Законы смещения ядер при α-распаде (А→А – 4 ; ZZ – 2) при β-распаде (А→А; ZZ+1). Поскольку массовое число А при α-распаде меняется на 4, а при β-распаде А не меняется, то члены различных радиоактивных семейств не «перепутываются» между собой. Они образуют отдельные радиоактивные ряды (цепочки ядер), которые кончаются своими стабильными изотопами.

Массовые числа членов каждого радиоактивного семейства характеризуются формулой



, (1.45)

a=0 для семейства тория, a=1 для семества нептуния, a=2 для семейства урана, a=3 для семейства актиноурана. n – целое число (табл. 1.2).
Радиоактивные семейства Таблица 1.2

Семейство

Начальный

изотоп


Конечный

стабильный

изотоп


Ряд

Период полураспада

начального изотопа Т1/2



тория



свинец

4n+0

14.10 9 лет

урана



свинец

4n+2

4,5.10 9 лет

актиноурана



свинец

4n+3

0,7.10 9 лет

нептуния



висмут

4n+1

2,2.10 6 лет

Из сравнения периодов полураспада родоначальников семейств с геологическим временем жизни Земли (4,5 млрд. лет) видно, что в веществе Земли торий-232 сохранился почти весь, уран-238 распался примерно наполовину, уран-235 – большей частью, нептуний-237 практически весь.



При наличии в веществе начального изотопа каждого семейства, в веществе присутствуют все члены данного радиоактивного семейства. Они находятся в состоянии равновесия, т.е. активности всех членов семейства равны друг другу (см.рис.1.7).




Рис. 1.7. Радиоактивные семейства (ряды). Около стрелок указан тип распада или , ниже символа нуклида – период полураспада в секундах,минутах, днях, годах
Каталог: pls -> student -> docs
docs -> Жар, то в холод, то в свет
docs -> 2 Слабое взаимодействие 5 Слабое взаимодействие. Универсальное четырехфермионное (v-a)
docs -> Современные астрофизические представления. Вселенная 10 Космология – наука о Вселенной в целом. Принцип Коперника и космологический принцип. Характеристики Вселенной
docs -> Базис и размерность линейного пространства. Координаты вектора в данном базисе
docs -> Подпространство, его базис и размерность
docs -> 1 Термоядерные реакции. Термоядерные реакции на Солнце и звездах. Водородный цикл. Углеродный цикл. Нуклеосинтез. Термоядерный взрыв. Управляемый термоядерный синтез
docs -> Практикум по твердотельной электронике предназначен для закрепления теоретических знаний, полученных при изучении курсов «Физика атомов и атомных явлений»
docs -> Речевые модели деловых писем


Достарыңызбен бөлісу:




©dereksiz.org 2020
әкімшілігінің қараңыз

    Басты бет