Правила смещения. Альфа- и бета-распады

Радиоактивный распад происходит в соответствии с законами сохранения массового числа и электрического заряда. Эти законы позволяют установить «правила смещения», по которым можно определить, какой элемент возникает в результате радиоактивного превращения.

a - Распад. Превращение атомных ядер, сопровождаемых испусканием a -частиц (ядер атомов гелия ), называется a -распадом. Если символом обозначить материнское ядро, то превращение этого ядра при a -распаде происходит по схеме:

, (22.1)

где – символ дочернего ядра; – g-квант, испускаемый ядром , находящимся в возбужденном состоянии. Как видно из (22.1), a -распад уменьшает массовое число на 4, а заряд ядра – на 2 элементарных положительных заряда, то есть происходит перемещение химического элемента на две клетки влево в периодической системе элементов Менделеева. Например, .

Процесс a -распада состоит из двух стадий: образования a -частицы в ядре атома и испуска­ния ее ядром. Устойчивость виртуального образования из двух протонов и двух нейтронов есть следствие насыщения ядер­ных сил. На образовавшуюся a -частицу в ядре действуют как ядерные силы притяжения, так и кулоновские силы отталкивания. Образовавшаяся a -частица подвер­жена меньшему действию ядерных сил, но большему действию кулоновских сил, чем отдельные протоны, входящие в состав a -частицы.

– Распад. Исследования показали, что радиоактивные ядра могут выбрасывать поток электронов. Массовое число при b- распаде не изменяется, а зарядовое число увеличивается на единицу:

.

Следовательно, новый химический элемент перемещается на одну клеточку вправо в периодической системе Менделеева. Раз не изменяется массовое число, следовательно, не должен изменяться суммарный спин всех ну­клонов в ядре, но электрон, обладающий спином , должен изменять спин ядра. Однако при b -распаде не происходит изменения спина ядра. В.Паули предположил, что вместе с элек­троном из ядра должна вылететь еще одна частица, получившая название нейтрино (v). Она не имеет заряда и массы покоя, но должна иметь спин, равный спину электрона . При одновременном вылете из ядра элек­трона и нейтрино возможно, что их спины ориентированы во взаимно про­тивоположных направлениях, поэтому суммарный спин ядра не изменяется.

По современным представлениям, существует три разновидности b -распада: электронный (b ^–-распад); позитронный (b⁺- распад); К-захват. Частица, испускаемая при позитронном распаде, называется нейтрино (v), а при электронном – антинейтрино ().

b ^–- распад протекает по схеме: .

Например, по теории Ферми, в ядре возможны превращения нуклонов, в результате которых появляются электроны и антинейтрино: .

b⁺- распад протекает по схеме: ,

где –позитрон. Этот вид распада возможен тогда, когда в ядре один из протонов превращается в нейтрон. В результате появляется позитрон и нейтрино: . На протекание этой реакции затрачивается энергия, так как масса нейтрона больше массы протона.

В случае К-захвата (или электронного захвата) возбужденное ядро захватывает электрон К-оболочки атома, при этом один из протонов ядра превращается нейтрон и возникает нейтрино:

.

В случае К-захвата происходит испускание характеристического рентгеновского излучения.