Справочник по физике для инженеров и студентов - Яворский Б.М.
ISBN 5-488-00330-4
Скачать (прямая ссылка):
При Р-распаде происходит преобразование друг в друга d и и кварков в одном из нуклонов ядра: при Р_-распаде один из двух d кварков нейтрона превра-
880
Vll 2. РАДИОАКТИВНОСТЬ
щается в и кварк, а при (3+-распаде один из двух и кварков протона превращается в d кварк.
3°. Характерное время электромагнитного взаимодействия в IO7 раз меньше такого же времени слабого взаимодействия. Поэтому можно считать, что при (3-распаде материнское ядро находится в основном состоянии (если это ядро первоначально было возбуждено, то оно успевает испустить у-фотон и перейти в основное состояние еще до начала (3-распада), а вот дочернее ядро может образоваться как в основном, так и в возбужденных состояниях. В первом случае (3-распад называют простым, а во втором — сложным. Сложный (3-распад сопровождается у-излучением.
Вероятность (3-распада характеризуют ядерным матричным элементом перехода \Пц\, содержащим: волновую функцию нуклона в начальном состоянии і; волновые функции нуклона, электрона (позитрона) и электронного антинейтрино (нейтрино) в конечном состоянии к; энергию взаимодействия, соответствующую переходу і —*¦ к,
и, наконец, величину, определяющую плотность числа конечных состояний системы. Для (3-распада существуют правила отбора, которые устанавливают значительно большую вероятность для разрешенных переходов и малую вероятность так называемых запрещенных (3-переходов.
Различают два типа разрешенных (3-переходов — фермиевские и гамов-теллеровские. В первом случае спин ядра не изменяется, так как суммарный спин леп-тонной пары (п. 2°) равен нулю. Во втором случае спины членов лептонной пары сонаправлены и спин ядра изменяется на +1 (в единицах К).
4°. Энергетические условия возможности осуществления различных типов (3-распада материнского атомного ядра ^X имеют следующий вид (масса нейтрино
и антинейтрино принята равной нулю, а различие в энергиях связи электронов в материнском и дочерних атомах считаются пренебрежимо малым):
а) (3 -распад возможен, если
M(Z, А) > M(Z + 1, А) + 2т;
б) (3+-распад возможен, если
M(Z, А) > M(Z - 1, А) + 2т;
VII.2.3 БЕТА-РАСПАД
881
в) ?-захват возможен, если
M(Z, А) > M(Z - 1, А).
Здесь M(Z, А) и M(Z ± 1, Л) — массы атомов материнского (исходного) и дочернего (конечного) вещества, а т — масса электрона.
?-захват и Р-распад приводят к одному и тому же процессу превращения ядерного протона в нейтрон и могут происходить оба, конкурируя друг с другом. Однако,если
M(Z - I, А) < M(Z, А) < M(Z - 1, А) + 2т,
то Р-распад невозможен, тогда как .E-захват будет осуществляться.
5°. Из полуэмпирической формулы Вейцзеккера следует, что среди изобаров с массовым числом Л устойчив в отношении Р-распада изобар с зарядовым числом, равным ближайшему целому числу к
% = _____А______
уст 0,015/?2/8 + 2 '
Для легких атомов Zycr ~ 0,5 Л, т. е. атомные ядра стабильных изотопов легких атомов содержат примерно равные числа протонов и нейтронов. В ядрах тяжелых атомов Zycl < 0,5 А. Так, при А = 200 ZycT ~ 0,4 А, т. е. стабильные тяжелые атомные ядра содержат примерно в 1,5 раза больше нейтронов, чем протонов.
При Z < ZycT(ядро переобогащено нейтронами) ядро неустойчиво по отношению к P ^распаду, а при Z > Zycr (нейтронодефицитные ядра) ядро неустойчиво по отношению к Р+-распаду и ?-захвату.
6°. Почти все нечетно-нечетные атомные ядра, кро-
2ТТ 6Т . 10_ 14, т
ме jii , 3L1 , 5В , 7JN и некоторых других, неустойчивы
по отношению к Pi-Pacnafly и ?-захвату, переводящим эти ядра в устойчивые четно-четные дочерние ядра. Поэтому многим четным значениям массового числа, начиная сЛ = 36, соответствуют изобарные пары с четными значениями зарядового числа Z, различающимися в пределах пары на две единицы.
Каждому нечетному значению А соответствует только одно устойчивое атомное ядро. В то же время нет никаких ограничений на число различных стабильных изотопов одного и того же химического элемента.
882
VII.2. РАДИОАКТИВНОСТЬ
7°. Пренебрегая по малости кинетической энергией отдачи дочернего ядра, можно считать, что энергия E0, выделяющаяся при (3-распаде материнского ядра, распределяется только между членами лептонной пары — электроном и антинейтрино при (3_-распаде или позитроном и нейтрино при (3+-распаде. Соотношения между кинетическими энергиями членов лептонной пары может быть любым и изменяться случайным образом в разных актах (3-распада. Поэтому электроны (позитроны), образующиеся при (3-распаде, имеют непрерывный спектр значений кинетической энергии в пределах от нуля до Tkskc = E0 — верхней границы бе-
та-спектра (см. рис.VII.2.2, где N(T) = , a dN —
число электронов (позитронов) с энергией в пределах от T до T + AT, испускаемых (3-радиоактивным препаратом за 1 с).
Кулоновское поле ядра атома и электронной оболочки влияет на распределение (3-частиц по энергии Ti с ростом зарядового числа Z при (3 -распаде уменьшается доля быстрых электронов и увеличивается доля медленных, а при (3+-распаде, наоборот, растет доля быстрых позитронов и уменьшается доля медленных (рис. VII.2.2, где кривая Z = O соответствует распределению N(T) без учета кулоновского взаимодействия).