Квантовая физика - Вихман Э.
Скачать (прямая ссылка):
МэВ МзВ
ZJ4 —
— 1,85
0,477---------------------------------------0,430
------------------------------а
7{;¦ 7па
М ' 7Ве О—---;-------------------а
3 4 "a ttc
if 6
Рис. зуа. изотопы и бериллия с массовым числом 7 образуют пару зеркальных ядер.
Если в ядре лития все нейтроны превратить в протоны, а протоны — в нейтроны, то мы получим ядро бериллия. У зеркальных ядер очень близкие, но не идентичные схемы уровней. Различие уровней является следствием электромагнитных взаимодействий
Рис. 39В. Другой пример зеркальных ядер: 'ядра изотопов бора и углерода с массовым числом 11
зеркальных ядер. Мы видим, что, действительно, между уровнями пар имеются соответствия, хотя из тех же рисунков следует, что энергии соответствующих уровней не идентичны. Причина небольшого различия в энергии уровней заключается в существовании электростатических сил, которые не инвариантны относительно замены нейтрона протоном.
40. Схема уровней на рис. 40А объясняет, почему а-частицы, испущенные радиоактивными ядрами, не всегда имеют одну и ту же энергию. На рисунке показано превращение радиоактивного изотопа висмута 2^Bi в изотоп таллия 2?®Т1. Распад происходит из основного состояния материнского ядра 2^Bi в одно из нескольких возбужденных или в основное состояние дочернего ядра 2gfT]. На схеме основное состояние материнского ядра расположено на 6,2 МэВ выше основного состояния дочернего; таким образом, 6,2 МэВ — это максимальная энергия, которая может быть унесена а-частицей. Очевидно, что если распад происходит на одно из возбужденных состояний 2siTl, то а-частица будет иметь меньшую энергию. При показанной на рис. 40А системе уровней а-частицы будут испущены с любым из -пяти возможных значений энергии. Соответствующие распады показаны наклонными линиями. Цифры в скобках обозначают вероятность различных мод распада.
128
Если после а-распада дочернее ядро остается в одном из возбужденных состояний, оно испускает 7-кванты и, таким образом, достигает основного состояния.
У многих других a-активных ядер распад всегда происходит в основное состояние дочернего ядра ввиду отсутствия доступных
, .. „ возбужденных состояний. В этом случае-
г’гя; изо___ ___________________ __________________
S3
значение энергии, и 7-лучи, связанные с а-распадом, отсутствуют.
41. Под (3-распадом понимают процесс, в котором ядро испускает электрон или позитрон. Простейшим процессом такого рода является (3-распад нейтрона, который хорошо изучен экспериментально. Среднее время жизни свободного нейтрона равно 16 мин. Разность масс протона и нейтрона Мп—Мр = 1,3 .МэВ, и схема уровней будет иметь вид, показанный на рис. 41А. Наклонной линией показан переход. Если бы при таком распаде испускался только электрон, он всегда имел бы одну и ту же энергию (равную 1,3МэВ), подобно-
Неитрон 1,3МэВ—т----"
\Р (е~)
ом
Протон
Рис. 40А. При а-распаде изотопа висмута 2g|Bi дочернее ядро может оказаться либо в основном, либо в одном из четырех возбужденных состояний. Соответственно а-частицы имеют-пять различных значений энергии. Дочерние ядра переходят в основное состояние, испуская v-кванты
Рис. 41А. Схема уровней, изображающая 3-распад нейтрона. Масса нейтрона равна 939,55 МэВ, а масса протона — 938,25 МэВ. Разность масс нейтрона и протона равна 1,3 МэВ. Часть этой разности, а именно 0,5 МэВ, связана с массой электрона, а остаток переходит в. кинетическую энергию электрона, антинейтрино и протона, возникающих при распаде нейтрона. Кинетическая энергия протона очень мала, и почти вся освободившаяся при распаде энергия делится между электроном и антинейтрино
тому как это происходит в а-распаде. Опыт показывает, однако, что электрон может быть испущен с любой энергией в пределах от 0,5 МэВ до полной энергии 1,3 МэВ, доступной при распаде.
Дело в том, что при распаде одновременно с электроном появляется другая частица, в данном случае антинейтрино. Эта частица не имеет массы покоя. Энергия распада, равная 1,3 МэВ, распределяется между этими двумя частицами — электроном и антинейтрино»
129
Реакции p-распада записываются следующим образом: гХ-*гЛХ + e~ + v (электронный распад),
$Х —>-z-1X + e+ v (позигрэнный распад).
Здесь X — химический символ радиоактивного изотопа; в — электрон или позитрон; v — нейтрино, появляющееся всегда в паре с позитроном; v — антинейтрино, парное электрону.
