АЛЬФА-РАСПАД — испускание а-частиц атомными ядрами в процессе самопроизвольного радиоактивного распада. В результате А.-р. «материнское» ядро с зарядом Z и массовым числом А превращается в новое «дочернее» ядро с зарядом Z-2 и массовым числом А-4.
Известно около 160 а-активных ядер. Подавляющая часть их распадается в конце периодической системы и обладает Z>82. Несколько а-активных ядер (например, 14662Sm) имеется в области редких земель. а-активные ядра в области Z<82 наблюдаются почти исключительно среди нейтронодефицитных ядер (ядер с непропорционально малым числом нейтронов), сильно неустойчивых по отношению к К-захвату и испусканию позитронов.
Времена жизни а-активных ядер колеблются в очень широких пределах: от 3·10-7 с для 212Ро до 5-1015 лет для 142Се. Энергии А.-р. всех тяжелых ядер заключены в пределах 4— 9 МэВ; энергии А.-р. ядер в области редких земель составляют 2—4,5 МэВ.
В процессе А.-р. различают две стадии: образование а-частицы из нуклонов ядра и испускание а-частицы ядром. О первой стадии в настоящее время почти ничего не известно. Ясно, однако, что образование а-частиц происходит с заметной вероятностью и поэтому мало сказывается на времени жизни а-активных ядер, которые определяются второй, существенно более медленной стадией процесса.
БЕТА-РАСПАД — радиоактивный распад атомного ядра, сопровождающийся вылетом из ядра электрона или позитрона. Этот процесс обусловлен самопроизвольным превращением одного из нуклонов ядра в нуклон другого рода: либо нейтрона (п) в протон (р), либо протона в нейтрон. В первом случае из ядра вылетает электрон (е-) и происходит так называемый β-распад. Вылетающие при Б.-р. электроны и позитроны носят общее название бета-частиц. Взаимные превращения нуклонов сопровождаются появлением еще одной частицы нейтрино (ν) в случае β+-распада или антинейтрино (Z) в случае β-распада. При β-распаде число протонов (Z) в ядре увеличивается на единицу, а число нейтронов уменьшается на единицу. Массовое число ядра А, равное общему числу нуклонов в ядре, не меняется, и ядро-продукт представляет собой изобар исходного ядра, стоящий от него по соседству справа в периодической системе элементов. Наоборот, при β+распаде число протонов уменьшается на единицу, а число нейтронов увеличивается на единицу и образуется изобар, стоящий по соседству слева от исходного ядра. Символически оба процесса Б.-р. записываются в следующем виде:
 |
где X-символ ядра, состоящего из Z-протонов,Az—нейтронов.
 |
Простейшим примером р~-распада является превращение свободного нейтрона в протон с испусканием электрона и антинейтрино (период полураспада нейтрона ≈13 мин):
Б.-р. наблюдается как у естественно-радиоактивных, так и у искусственно-радиоактивных изотопов. Для того, чтобы ядро было неустойчиво по отношению к одному из типов Р-превращения (т. е. могло испытать Б.-р.), сумма масс частиц в левой части уравнения реакции должна быть больше суммы масс продуктов превращения. Поэтому при Б.-р. происходит выделение энергии. Энергию Б.-р. Ер можно вычислить по этой разности масс, пользуясь соотношением Е==МС2, где С — скорость света в вакууме. В случае β-распада
Eβ-=(Mz-Mz+1)C2,
где М — масса нейтральных атомов. В случае β+-распада нейтральный атом теряет один из электронов в своей оболочке, и энергия Б.-р. равна
Eβ=(Mz-Mz-1-2me)C2,
где me — масса электрона.
Энергия Б.-р. распределяется между тремя частицами: электроном (или позитроном), антинейтрино (или нейтрино) и ядром; каждая из легких частиц может уносить практически любую энергию от 0 до Еβ, т. е. их энергетические спектры являются сплошными. Лишь при К-захвате нейтрино уносит всегда одну и ту же энергию.
Итак, при β-распаде масса исходного атома превышает массу конечного атома, а при β+распаде это превращение составляет не менее двух электронных масс.
Б.-р. имеет место у элементов всех частей периодической системы. Тенденция к β-превращению возникает вследствие наличия у ряда изотопов избытка нейтронов или протонов по сравнению.с тем количеством, которое отвечает максимальной устойчивости. Таким образом, тенденция к β+-распаду или К-захвату характерна для нейтронодефицитных, а тенденция к β-распаду — для нейтроноизбыточных изотопов.
ЭЛЕКТРОННЫЙ ЗАХВАТ — вид радиоактивного превращения, при котором ядро атома захватывает электрон из своей электронной оболочки, в результате чего один из протонов ядра превращается в нейтрон с выделением нейтрона. Заряд ядра атома после Э. з. уменьшается на единицу, а массовое число не меняется. Э. з. обусловлен избытком протонов в соответствующем радионуклиде (см. Изотопы). При Э. з. наиболее вероятен захват электрона с ближайшего к ядру атома (см.) энергетического уровня (так называемый К-захват);
захват электрона со следующего (L) уровня примерно в 100 раз менее вероятен, чем К-захват. После поглощения электрона при Э. з. освободившееся место занимает электрон с более высокого энергетического уровня. При этом атом испускает характеристическое рентгеновское излучение (см.), по которому можно установить наличие Э. з. и определить количество радиоактивного вещества.
Задачи
задача 19.30
Какова была длина волны рентгеновского излучения, если при комптоновском рассеянии этого излучения графитом под углом 600 длина волны рассеянного излучения оказалась равной 25,4 пм.
Дано:
λ=25,4 пм.
φ=600
λ0 -?
решение:
 | |||
 | |||
лучи после рассеивания имеют большую длину волны чем до рассеивания.
 |
Ответ: λ0 = 24,2 пм.
Задача 21.16
В результате распада 1 г. радия за год образовалось некоторая масса гелия, занимающего при нормальных условиях объём 0,043 см3. Найти из этих данных число Авагадро.
Дано:
mRa=10-3 кг.
t=1 г.=32595960 с.
V=0,043∙10-6 м3.
T1/2=1590 л.= 5,014∙1010 с.
T=293 K.
p=105 Па.
NA -?
Решение:
Радиоактивное вещество распадается по закону:
N=N0e-λt
N – количество нераспавшихся ядер в моиент времени t;
N0 – количество ядер в начальный момент;
λ – постоянная распада.
Количество распавшихся ядер радия равно количесву, образовавшихся врезультате распада, ядер гелия.
NHe=NRa(1- e-λt)
Запишем основное уравнение МКТ:
 |
Ответ: Na = 5,562∙1023 моль-1.