Б) Бета-распад

Бета – распадом называется процесс самопроизвольного превращения нестабильного ядра в ядро–изобар (А=const) с зарядом, отличающимся на единицу от заряда материнского ядра (). Существуют три разновидности – распада: электронный или - распад, позитронный или - распад и электронный захват или К – захват.

Электронный распад протекает по схеме

.

В этом случае наряду с электроном испускается антинейтрино . Весь процесс протекает так, как если бы один из нейтронов материнского ядра превратился в протон по схеме

.

Позитронный распад протекает по схеме

.

Процесс сопровождается испусканием позитрона и нейтрино ν. Позитрон является античастицей электрона, а антинейтрино – античастицей нейтрино. Процесс β⁺ – распада протекает так, как если бы один из протонов исходного ядра превратился в нейтрон, испустив при этом позитрон и нейтрино

.

Для свободного протона такой процесс невозможен по энергетическим соображениям, так как масса протона меньше массы нейтрона. Однако протон в ядре может заимствовать требуемую энергию от других нуклонов.

Третий вид β- радиоактивности – электронный захват – заключается в захвате ядром электрона из К - электронной оболочки (реже L -оболочки) собственно атома.

.

В результате процесса один из протонов превращается в нейтрон, испуская при этом нейтрино

.

Данный вид β –распада имеет существенное значение для тяжелых ядер, у которых К - оболочка расположена близко к ядру. Электронный захват – обнаруживается по сопровождающему его рентгеновскому излучению. Место в электронной оболочке, освобожденное захваченным электроном, заполняется электронами из вышележащих слоев, в результате чего возникает характеристическое рентгеновское излучение.

Исследования энергетического распределения электронов показали, что в процессе β –распада испускаются электроны всех энергий от нуля до энергии E_max, приблизительно равной разности энергетических состояний материнского и дочернего атомов.

.

При этом энергия, выделяющаяся при - распаде распределяется между электроном и антинейтрино в самых разнообразных пропорциях.

Участие в –распаде еще одной частицы диктуется и законом сохранения момента импульса. Чтобы суммарный спин возникающих частиц при - распаде не отличался от спина исходной частицы спину антинейтрино (и нейтрино) необходимо приписать значения ħ/2.

Бета – распад, как и альфа-распад, сопровождается испусканием γ – лучей. Это связано с тем, что дочернее ядро возникает в результате радиоактивного распада не только в основном, но и в возбужденном состояниях. Затем переходя в состояние с меньшей энергией, ядро высвечивает γ – фотон (рис.2).

При прохождении электронов через вещество происходит их взаимодействие с электронами и атомными ядрами, приводящее к их рассеянию и торможению. Основными механизмами, определяющими потери энергии электронов при прохождении через вещество являются ионизационное и радиационное торможения.

При ионизационном торможении кинетическая энергия электрона тратится на возбуждение и ионизацию атомов среды, через которую он проходит. Другой неупругий электромагнитный процесс – тормозное (радиационное) излучение возникает при быстром торможении электрона в электрическом поле атомного ядра. Хорошо известным примером радиационного излучения электронов при относительно низких энергиях (E<<m₀ c²) является непрерывный рентгеновский спектр, возникающий при торможении электронов на антикатоде рентгеновской трубки. При очень больших энергиях β –электронов, превосходящих критическую величину Е_кр (для свинца Е_кр 10 МэВ), эти потери преобладают над ионизационными.

Длину пробега частиц в веществе до их полного торможения обозначают буквой R, и измеряют либо в единицах длины (см), либо в единицах плотности (г/см²) - удельный пробег. Связь между удельной длиной пробега и энергией электронов дается приближенной эмпирической формулой

.