Физика. Теория. Методика. Задачи - Демков В.П.
Скачать (прямая ссылка):
близкой, но различной энергии. Пролетая через вещество, а-частица
постепенно теряет свою энергию, затрачивая ее на ионизацию молекул
вещества, и, в конце концов, останавливается. Очевидно, что чем больше
плотность вещества, тем меньше пробег а-частицы до остановки. Так,
например, в воздухе при нормальном давлении пробег составляет несколько
сантиметров, а в твердом теле - порядка 10' см. Поэтому а-частица
полностью задерживается листом бумаги.
2) Бета-распад. Превращение элементов происходит и при бета-распаде
ядра, т.е. испускании материнским ядром электрона. Бета-распад протекает
по схеме
zX->m Y+-?e, (19.7)
где символом _(r)е обозначен электрон, так как его заряд соответствует Z =
- 1, а масса очень мала, т.е. при испускании электрона ядро не теряет
нуклонов, и полное число протонов и нейтронов А в дочернем ядре такое же,
как в материнском.
Необходимо отметить, что испускаемый прн Р-распаде электрон не имеет
отношения к электронам атома. Он рождается внутри самого ядра так, как
будто один из нейтронов превращается в протон и при этом (для сохранения
заряда) испускается электрон. Чтобы подчеркнуть ядерное
631
происхождение таких электронов, их обычно называют не электронами, а Р-
частицами.
Тщательные измерения показали, что лишь небольшое число Р-частиц имеет
кинетическую энергию, близкую к разности масс (в энергетических единицах)
материнского ядра и суммарной массы электрона и дочернего ядра. Вольфганг
Паули предположил, что при p-распаде помимо электрона испускается еще
одна частица, которую очень трудно обнаружить. Новая частица была названа
нейтрино ("маленький нейтрон"). Нейтрино имело нулевой заряд и близкую к
нулю массу покоя. Непосредственное экспериментальное доказательство
существования нейтрино было получено только через двадцать лет. Нейтрино
принято обозначать буквой v. С учетом нейтрино схема Р-распада запишется
в виде
?х-> ^,?+_?е +v, (19.8)
где черта над символом нейтрино означает антинейтрино (в соответствии с
принятой в настоящее время классификацией считается, что при р-рас-паде
испускается не нейтрино, а антинейтрино).
Примером p-распада может служить превращение тория в протактиний:
234ти V 234D , 0" , -9Q Th-> 9J Ра + V.
Многие изотопы распадаются с испусканием электрона. Все они обладают
избытком нейтронов по сравнению с числом протонов. Однако существуют
изотопы с дефицитом нейтронов по сравнению с числом протонов. Такие
изотопы также претерпевают радиоактивные превращения с испусканием не
электрона, а позитрона +°е: частицы с такой же массой, как у электрона,
но с положительным зарядом +е = 1,6-10'19 Кл. Такой распад называют р+-
распадом или позитронным распадом. Поэтому рассмотренный выше бета-распад
обычно называют электронным или Р~-распадом. Позитронный распад протекает
по схеме
?х-> ^,У++?в +v (19.9)
так, как если бы один из протонов исходного ядра превратился в нейтрон,
испустив при этом позитрон и нейтрино.
В качестве примера р+-распада можно привести превращение азота в углерод:
;3N-> *3С ++°е +v.
Существует также третий тип бета-распада (электронный захват), состоящий
в том, что ядро поглощает один из электронов своего атома, в результате
чего один из протонов превращается в нейтрон, испуская при этом нейтрино:
2х+_?е -> z^Y + v. (19.10)
При электронном захвате место захваченного ядром электрона заполняется
электроном с более высокого энергетического уровня, в результате
632
чего возникают рентгеновские лучи. Примером такого распада может служить
превращение калия в аргон:
40тл , 0 . 40 а " ,
^ jgAf-fV.
3) Гамма-распад. Гамма-распад представляет собой фотоны очень высокой
энергии. Распад ядра с испусканием у-излучения во многом напоминает
испускание фотонов возбужденными атомами. Подобно атому, ядро может
находиться в возбужденном состоянии (например, дочернее ядро, возникающее
в результате (Г-распада, довольно часто находится в возбужденном
состоянии). При переходе в состояние с более низкой энергией, или
основное состояние, ядро испускает фотон. Разрешенные энергетические
уровни ядра разнесены значительно сильнее, чем энергетические уровни
атома: расстояние между соседними уровнями в ядре имеет порядок 103 или
10 эВ по сравнению с несколькими электрон-вольтами в случае
энергетических уровней атома. Следовательно, энергии испускаемых фотонов
могут изменяться от нескольких кэВ до нескольких МэВ. Отвечающее данному
распаду у-излучение всегда имеет одну и ту же энергию. Так как у-
излучение не несет заряда, то при гамма-распаде не происходит превращения
одного химического элемента в другой.
При радиоактивном распаде всех трех типов выполняются законы сохранения
энергии, импульса, момента импульса, электрического заряда и числа
нуклонов, т.е. эти величины после распада остаются такими же, как до
распада.
Закон радиоактивного распада
Образец любого радиоактивного изотопа содержит огромное число
радиоактивных ядер. Эти ядра распадаются не одновременно, а на протяжении
