Альфа - розпад

- розпадом називається випускання ядрами деяких хімічних елементів - частинок.

Альфа-випромінювання відхиляється електричними і магнітними полями, має високу іонізуючу здатність і малу проникну здатність (поглинається шаром алюмінію завтовшки ~ 0,05 мм). - випромінювання – це потік іонізованих атомів гелію. Заряд - частинки дорівнює +2е, а маса рівна масі ядра ізотопа гелію .

Відомо більше ніж дві сотні - активних ядер, в основному важких елементів . Лише невелика група - активних ядер знаходиться в області з масовими числами А=140-160 (рідкісноземельні).

Всередині важких ядер утворюються - частинки, кожна з яких складається з двох протонів і двох нейтронів. Відок­ремленню цих чотирьох нуклонів сприяє властивість насичення ядерних сил. Можливість - розпаду викликана тим, що маса материнського ядра більша від суми мас дочірнього ядра і - частинки.

.

Отже, при - розпаді виділяється енергія

.

Енергія - розпаду виділяється у вигляді кінетичної енергії продуктів розпаду: - частинки і дочірнього ядра. Кінетична енергія між ними розподіляється обернено пропорційно до їх маси, тому практично всю енергію розпаду отри­мує - частинка.

В ядрі - частинок немає, вони утворюються з чотирьох нуклонів лише в момент - розпаду.

Здійсненню - розпаду перешкод­жає значний кулонівський потенціальний бар’єр , який виник при утворенні ядра. Значення в декілька разів перевищує різницю енергій між початковим і кінцевими станами системи при - розпаді (рис 338).

- частинка вилітає з ядра, проходячи крізь заборонену зону, завдяки тунельному ефекту, який характеризується певною прозорістю потенціального бар’єра.

.

Ця формула свідчить про велику чутливість прозорості бар’єра до найменших змін енергії - частинки, що перебуває всередині потенціальної ями. Навіть незначні зміни в значеннях E приводять до того, що величина D буде дуже змінюватись. Цим пояснюються великі відмінності в періодах піврозпаду - випромінювачів – від років до с при порівняно невеликому зростанні енергії - частинок .

Знайдемо зв’язок між сталою розпаду і прозорістю D потенціального бар’єру для -частинки. Заради спрощення замінимо реальний бар’єр прямокутним бар’єром довжиною L. В цьому випадку

,

де n – число ударів - частинок об стінку бар’єра за одиницю часу і , де – швидкість - частинки в ядрі. Величина L=R, де R – радіус ядра. Тоді у випадку прямокутного бар’єра дістанемо

Ця формула свідчить про існування залежності між сталою розпаду і початковою енергією - частинки.

Дослідження кривих питомої іонізації, яку здійснюють - частинки в різних газах, показало, що залежність кіль­кості - частинок N від довжини відрізків шляху R, які ці частинки проходять у певній речовині, зображується кривою, поданою на рис. 339. До деякого значення кількість частинок залишається майже сталою. Потім кількість частинок, які пройшли шлях , швидко спадає. Довжини пробігів - частинок мало від­різняються від деякої величини , що є експериментальним значенням пробігу -частинок. Проходячи через речовину, - частинка витрачає свою енергію на не­пружні зіткнення з атомами, переважно на їх іонізацію. Очевидно, що довжина пробігу - частинки повинна залежати від її початкової енергії. Дослідним шляхом Гейгер знайшов емпіричну формулу, яка пов’язує початкову швидкість - частинки з її пробігом у повітрі при :

, ,

де b – деяка стала.

Г. Гейгер і Дж. Неттол на підставі аналізу численних дослідів установили співвідношення, яке називають законом Гейгера-Неттола:

чим менший період піврозпаду або більша стала розпаду радіоактивного елементу, тим більший пробіг - частинок, які він випускає.

Закон Гейгера-Неттола записують формулою

або ,

– емпіричні константи.

Дослідження показують, що зде­більшого ядра випромінюють не одну, а кілька груп - частинок, енергії яких ут­ворюють дискретний спектр. Його називають тонкою структурою - спектра. На рис. 340 показано схематичне пояснення виникнення різних груп - частинок, що випромінюються при розпаді ядра . Зліва на рисунку наведено енергетичні рів­ні дочірнього ядра .

У збуджених станах дочірнє ядро знаходиться доволі малий проміжок часу і переходить у стани з меншою енергією або в основний стан. При цьому відбувається випромінювання фотонів. На рис. 340 показано виникнення - фотонів шести різних енергій.