Физика для школьников старших классов и поступающих - Яворский Б.М.
ISBN 5-7107-9384-1
Скачать (прямая ссылка):
от протонов ядра, чем отдельные протоны. Одновременно а-частица испытывает меньшее ядерное притяжение к нуклонам в ядре, чем отдельные нуклоны.
2°. Для выхода из ядра а-частице нужно преодолеть потенциальный барьер (VI.1.7.1°), высота U которого больше, чем W — энергия а-частицы в ядре. Альфа-распад происходит путем просачивания а-частицы сквозь потенциальный барьер с помощью туннельного эффекта (VI.1.7.2°). Формула прозрачности D потенциального барьера показывает, что незначительные изменения энергии а-частицы в ядре приводят к сильному изменению величины
ехр
-llJ2ma\U(x)-W]dx
Этим объясняются большие различия в периодах полурас-
Q —7
пада а-излучателей — от 10 лет до 10 с — при сравнительно небольшом возрастании энергии а-частиц от 4 до 9 МэВ.
3°. Постоянная распада X (VIH. 1.4.4°) связана с прозрачностью D потенциального барьера для а-частицы. Для упрощенной модели прямоугольного потенциального барьера ширины L (VI. 1.7.2°)
X = Dn,
где п — число подходов а-частицы к барьеру за единицу времени, равное п = v/2R; R — радиус ядра, 2R — ширина потенциальной ямы, V = j2W/ma — скорость а-частицы в ядре.
Упрощенная формула для постоянной а-радиоактивного распада:
4°. Период полураспада Ty2 (VIII.1.4.50) а-радиоактивного
А
изотопа ZX зависит от энергии Wa вылетающих a-частиц по закону Гейгера — Неттолла:
1еТі,2~Ж+с'
§ VIII.1.6. БЕТА-РАСПАД
637
где Б > О и С < О — константы, слабо зависящие от зарядового числа Z и не зависящие от массового числа А.
5°. С помощью сведений, приведенных в пп. 3° и 4°, экспериментально доказано, что у одного и того же а-радиоактивно-го элемента имеется несколько групп а-частиц с различными длинами пробегов. Внутри каждой группы наблюдается постоянство пробегов. Отсюда следует, что выбрасываемые из ядер а-частицы обладают определенным энергетическим спектром и, следовательно, атомные ядра обладают дискретными энергетическими уровнями.
§ VIII.1.6. Бета-распад
1°. Термином «бета-распад» обозначают три типа ядерных превращений: электронный (P ) и позитронный (Р+) распады, а также электронный захват (е- или if-захват). Первые два типа превращений состоят в том, что ядро испускает электрон (позитрон) и электронное антинейтрино (электронное нейтрино). Эти процессы происходят путем превращения одного вида нуклона в ядре в другой: нейтрона в протон или протона в нейтрон. Превращения происходят по схеме
Jn Jp + _Je + Jve (р_-распад),
Jp ->?n + ^Je + QVe (р+-распад).
Здесь Jn и Jp — символические обозначения нейтрона и про-
0 0- о
тона, хе и +1е — обозначения электрона и позитрона, 0ve и
О- „
0ve — электронные неитрино и антинеитрино.
В случае t'-захвата превращение протона в нейтрон происходит по схеме
1.0 I1O
lP + _іЄ -> On + 0Ve
и заключается в том, что исчезает один из электронов в ближайшем к ядру .йТ-слое атома. Протон, превращаясь в нейтрон, как бы «захватывает» электрон; отсюда произошел термин «электронный захват» (или «е-захват»). Особенность этого ти-
- „о
па бета-распада в вылете из ядра только одной частицы 0ve.
638
ГЛ. VIII.l. СТРОЕНИЕ И СВОЙСТВА АТОМНЫХ ЯДЕР
Примером е-захвата является превращение радиоактивного
7 7
ядра бериллия 4Ве в устойчивое ядро лития 3Li . Электронный захват, в отличие от Р±-распада, сопровождается характеристическим рентгеновским излучением, принадлежащим К-се-рии соответствующего элемента (VI.2.5B.90).
2°. Р_-распад происходит у естественно-радиоактивных, а также искусственно-радиоактивных ядер; Р+-распад характерен только для явления искусственной радиоактивности — возникновения собственных радиоактивных излучений ядер под действием а-частиц, нейтронов и других частиц. При этом нарушается условие устойчивости атомного ядра (VIII.1.2.5°).
Например, искусственно-радиоактивный изотоп углерода 1^C
возникает из стабильного ядра азота под действием нейтрона с выделением протона:
14,T . I 14„ , 1
7N + 0n -» 6С + !P,
и, испытывая бета-распад, вновь превращается в устойчивый
14TVT
изотоп 7N:
14« і 0 і О “
6С 7 Iе О Ve'
Нарушение условия устойчивости (VIII. 1.2.5°) введением в
ядро избыточных протонов приводит к искусственному р+-рас-паду. Это видно из следующего примера:
1°tj . 4„ Uxt 13хт . 1
5В + 2Не yN 7N + 0n;
13хт 13-, о , о
7N -* 6c + +1е + 0ve,
о о „
где +1е — позитрон, 0ve — электронное неитрино.
3°. Естественный Р_-распад происходит так, что нейтрон
Jn самопроизвольно превращается в протон. Энергия покоя
(1.5.7.3°) нейтрона превышает энергию покоя атома водорода (т. е. протона и электрона вместе взятых) на 782 кэВ. Поэтому превращение типа (п. 1°)
I 1,0,0-
0n -> lP + _je + 0ve
§ VIII.1.6. БЕТА-РАСПАД
639
энергетически возможно и вне ядра. В потоках нейтронов большой интенсивности, возникающих в ядерных реакторах, обнаружен радиоактивный распад свободных нейтронов, происходящий с периодом полураспада (VHL1.4.50) около 620 с. В тяжелых ядрах, перегруженных нейтронами, такое превращение приводит к р_-естественной радиоактивности.
