Основные типы радиоактивности

Альфа–распад – самопроизвольное испускание ядром α-частицы (⁴ Не).

α-частицы испускают только тяжёлые ядра.

Кинетическая энергия, с которой α-частицы вылетают из распадающегося ядра порядка нескольких МэВ.

В воздухе пробег α-частицы при нормальном давлении составляет несколько сантиметров (их энергия расходуется на образование ионов на своём пути).

Пример:

Покоившееся ядро ²¹³ Ро испустило α-частицу с энергией К_α = 8,34 МэВ. При этом дочернее ядро оказалось в основном состоянии. Найти суммарную энергию Q, освобождающуюся в этом процессе (энергию α- распада).

Q = К_α+ К_Д , где

К_Д – кинетическая энергия дочернего ядра.

Из закона сохранения импульса: р_α= р_Д.

Учитывая, что и получаем т_α^. К_α = т _Д^.К_Д.

Окончательно получаем:

Q = К_α К_α = К_α = = 8,5 МэВ.

Покидая ядро, α -частице приходится преодолевать потенциальный барьер, высота которого превосходит её энергию.

Внутренняя сторона барьера обусловлена ядерными силами, а внешняя силами кулоновского отталкивания дочернего ядра.

Преодоление α -частицей потенциального барьера в данных условиях происходит благодаря туннельному эффекту. Квантовая теория, учитывая волновые свойства α -частицы, «позволяет» ей с определённой вероятностью проникать сквозь такой барьер

Бета –распад (массовое число А не меняется).

1) Электронный β^--распад – ядро испускает электрон и его зарядовое число Z становится (Z+1).

2) Позитронный β ⁺ -распад – ядро испускает позитрон: Z (Z – 1).

3) К–захват – ядро захватывает один из электронов К-оболочки атома и его зарядовое число становится (Z – 1). На освободившееся место в К-оболочке переходит электрон с другой оболочки, и поэтому К-захват всегда сопровождается характерным рентгеновским излучением.

Энергия β^--распада: Q_- = (M_M – M_D)^.c²

Энергия β⁺-распада: Q₊ = (M_M - M_D + 2^.m_e)^.c²

Энергия К–захватa: Q_K =(M_M – M_D)^.c²

При выполнении всех трёх процессов Q > 0.

Энергия, выделяемая при распаде, распределяется между электроном и электронным нейтрино (ν_е) или электронным антинейтрино () – частицей электрически нейтральной и обладающей очень большой проникающей способностью. Существование нейтрино обусловлено необходимостью сохранения момента импульса в реакции распада.

Отличительной чертой β-распада является превращение в ядре нейтрона в протон, и наоборот:

(β^- -распад)

(β⁺-распад)

(К–захват)

Известно, что спин нейтрона, протона и электрона одинаков и равен ½. Участие в β-распаде ещё одной частицы со спином ½ (спин нейтрино равен ½) диктуется как раз законом сохранения момента импульса.

Энергия, выделяющаяся при β-распаде лежит в пределах от 0,0168 МэВ до 16 МэВ. Период полураспада лет.

Гамма–распад – испускание возбуждённым ядром при переходе его в нормальное состояние с энергией от 10 кэВ до 5 МэВ. В отличие от β-распада этот процесс внутриядерный, а не внутринуклонный.

γ-кванты – коротковолновое электромагнитное излучение.

Изолированный свободный нуклон не может испустить или поглотить γ-квант, так как при этом были бы нарушены законы сохранения энергии и импульса.

γ-излучение сопровождает α- и β-распады ядер. Это происходит в тех случаях, когда распад с переходом материнского ядра в основное состояние дочернего ядра напрямую либо маловероятен, либо запрещён правилами атбора.

Эффект Мёссбауэра –

– это явление резонансного испускания и поглощения γ-квантов ядрами атомов кристалла с отдачей, которую воспринимает не ядро, а весь кристалл в целом, не меняя своего внутреннего состояния (т.е. без возбуждения колебаний решётки).

Спектры излучения атомных ядер возникают подобно спектрам излучения атомов и молекул.

Атомы наиболее интенсивно поглощают электромагнитные волны частоты, соответствующей переходу из основного состояния атома в первое возбуждённое состояние. Это явление называют резонансным поглощением.

Резонансное поглощение γ-кванта должно переводить ядро в возбуждённое состояние подобно тому, как поглощение света переводит в возбуждённое состояние атом или молекулу. Однако энергия и импульс γ-кванта во много раз больше, чем у фотона видимого света.

По закону сохранения импульса атомное ядро при излучении γ-кванта приобретает импульс, равный импульсу излучённого γ-кванта и направленный в противоположную сторону:

, где .

У ядра появляется кинетическая энергия отдачи

, где М – масса ядра.

Тогда энергия γ-кванта

то есть энергия этого γ-кванта меньше энергии, необходимой для перевода такого же ядра из нормального состояния в возбуждённое, и резонансное поглощение γ-квантов ядрами обычно не наблюдается.

Мёссбауэр открыл, что в некоторых кристаллах можно создать такие условия, при которых импульс отдачи при излучении γ-кванта сообщается не отдельному ядру, а всему кристаллу в целом. При этом изменение кинетической энергии кристалла из-за большой его массы (по сравнению с массой одного ядра) приближается к нулю, а энергия излучения γ-кванта оказывается почти в точности равной энергии перехода (Е ₁ – Е₀). При пропускании пучка таких γ-квантов через образец, содержащий атомные ядра того же изотопа, наблюдается резонансное поглощение.

Замечательной особенностью эффекта Мёссбауэра является необычайно малая ширина спектральной линии поглощения . Это означает, что появляется возможность зарегистрировать изменение энергии γ-кванта на величину, составляющую 10^-15 от его первоначального значения.