Kas ir alfa sabrukšana un beta sabrukšana? Beta sabrukšana, alfa sabrukšana: formulas un reakcijas. α-sabrukšanas reakcijas vispārīgā shēma
Ar šāda veida sabrukšanu kodols ar atomskaitli Z un masas skaitli A sadalās, izstarojot alfa daļiņu, kā rezultātā veidojas kodols ar atomskaitli Z-2 un masas skaitli A-4:
Pašlaik ir zināmi vairāk nekā 200 alfa izstarojošie nuklīdi, starp kuriem gandrīz nav vieglo un vidējo kodolu. No vieglajiem kodoliem 8 Be ir izņēmums; turklāt ir zināmi aptuveni 20 retzemju elementu alfa izstarojošie nuklīdi. Lielākais vairums a izotopu izotopu ir radioaktīvie elementi, t.i. elementiem ar Z> 83, starp kuriem ievērojamu daļu veido mākslīgie nuklīdi. Dabisko nuklīdu vidū ir aptuveni 30 alfa-aktīvi kodoli, kas pieder pie trim radioaktīvajām ģimenēm (urāna, aktīnija un torija sērijām), kas ir apskatītas iepriekš. Zināmo alfa radioaktīvo nuklīdu pussabrukšanas periods ir no 0,298 µs 212 Po līdz >10 15 gadiem 144 Nd, 174 Hf. Alfa daļiņu enerģija, ko izstaro smagie kodoli no pamatstāvokļiem, ir 4-9 MeV, bet retzemju elementu kodoli - 2-4,5 MeV.
Ka alfa sabrukšanas varbūtība palielinās, palielinoties Z, ir saistīts ar to, ka šāda veida kodolu transformācija ir saistīta ar Kulona atgrūšanu, kas, palielinoties kodolu izmēram, proporcionāli palielinās Z 2 , savukārt kodola pievilkšanas spēki pieaug lineāri, palielinoties masas skaitam A.
Kā parādīts iepriekš, kodols būs nestabils attiecībā uz a-sabrukšanu, ja pastāv šāda nevienlīdzība:
kur un 
ir attiecīgi sākuma un beigu kodolu miera masa;
ir a-daļiņas masa.
Kodolu α sabrukšanas enerģija ( Eα) ir galvenā kodola izstarotās alfa daļiņas kinētiskās enerģijas summa Tα un kinētiskā enerģija, ko meitas kodols iegūst alfa daļiņas emisijas rezultātā (atsitiena enerģija) T otd:
Izmantojot enerģijas un impulsa nezūdamības likumus, mēs varam iegūt sakarību:
kur M otd = 
ir atsitiena kodola masa;
Mα ir alfa daļiņas masa.
Atrisinot vienādojumus (4.3) un (4.4) kopā, mēs iegūstam:
. (4.5)
Un attiecīgi,
. (4.6)
Vienādojumi (4.5 un 4.6) parāda, ka lielāko daļu alfa sabrukšanas enerģijas (apmēram 98%) aizvada alfa daļiņas. Atsitiena kodola kinētiskā enerģija ir ≈100 keV (pie alfa sabrukšanas enerģijas ≈5 MeV). Jāatzīmē, ka pat šādas šķietami mazas atsitiena atomu kinētiskās enerģijas vērtības ir ļoti nozīmīgas un izraisa augstu atomu ar līdzīgu kodolu reaktivitāti. Salīdzinājumam mēs atzīmējam, ka molekulu termiskās kustības enerģija plkst telpas temperatūra ir aptuveni 0,04 eV, un ķīmiskās saites enerģija parasti ir mazāka par 2 eV. Tāpēc atsitiena kodols ne tikai plīst ķīmiskā saite molekulā, bet arī daļēji zaudē elektronu apvalku (elektroni vienkārši netiek līdzi atsitiena kodolam), veidojoties joniem.
Apsverot dažādus radioaktīvās sabrukšanas veidus, tostarp alfa sabrukšanu, tiek izmantotas enerģijas diagrammas. Vienkāršākā enerģijas diagramma ir parādīta attēlā. 4.1.
Rīsi. 4.1. Vienkāršākā alfa sabrukšanas shēma.
Sistēmas enerģijas stāvoklis pirms un pēc sabrukšanas ir attēlots ar horizontālām līnijām. Alfa daļiņu attēlo bultiņa (treknrakstā vai dubultā), kas virzās lejup no labās uz kreiso pusi. Bultiņa norāda emitēto alfa daļiņu enerģiju.
Jāpatur prātā, ka tas, kas parādīts attēlā. 4.1 shēma ir vienkāršākais gadījums, kad kodola izstarotajām alfa daļiņām ir viena noteikta enerģija. Alfa spektram parasti ir smalka struktūra, t.i. Viena un tā paša nuklīda kodoli izstaro alfa daļiņas ar pietiekami tuvu, bet pēc lieluma atšķirīgu enerģiju. Tika konstatēts, ka, ja alfa pāreja tiek veikta meitas kodola ierosinātā stāvoklī, tad alfa daļiņu enerģija attiecīgi būs mazāka nekā enerģija, kas raksturīga pārejai starp sākotnējā un meitas kodola pamatstāvokļiem. radionuklīdiem. Un, ja ir vairāki šādi satraukti stāvokļi, tad būs vairākas iespējamās alfa pārejas. Šajā gadījumā veidojas meitas kodoli ar dažādu enerģiju, kas, pārejot uz zemes vai stabilāku stāvokli, izstaro gamma kvantus.
Zinot visu alfa daļiņu un gamma kvantu enerģiju, ir iespējams izveidot enerģijas samazinājuma diagrammu.
Piemērs. Izveidojiet sabrukšanas shēmu saskaņā ar šādiem datiem:
α-daļiņu enerģija ir: 4,46; 4,48; 4,61; un 4,68 MeV,
γ-kvantu enerģija - 0,07; 0,13; 0,20; un 0,22 MeV.
Kopējā sabrukšanas enerģija ir 4,68 MeV.
Risinājums. No sākotnējā kodola enerģijas līmeņa mēs novelkam četras bultiņas, no kurām katra apzīmē noteiktas enerģijas α-daļiņu emisiju. Aprēķinot atšķirības starp atsevišķu α-daļiņu grupu enerģijām un salīdzinot šīs atšķirības ar γ-kvantu enerģijām, mēs atklājam, kuras pārejas atbilst katras enerģijas γ-kvantu emisijai.
4,48 - 4,46 = 0,02 MeV nav atbilstošu γ-kvantu
4,61 - 4,46 = 0,15 MeV
4,61 - 4,48 = 0,13 MeV enerģijas atbilst enerģijām
4,68–4,46 = 0,22 MeV γ-kvantu, kas emitēti sabrukšanas laikā
4,68 - 4,48 = 0,20 MeV 230 Th
4,68 - 4,61 = 0,07 MeV
Rīsi. 4.2 - 230 Th sabrukšanas shēma.
Tajā pašā laikā ir iespējams arī otrs gadījums, kad alfa pāreja tiek veikta no vecāku kodola ierosinātā stāvokļa uz bērna pamata stāvokli. Šie gadījumi parasti tiek kvalificēti kā liela attāluma alfa daļiņu parādīšanās, kuru emisijas iespējas rodas no ierosinātiem kodoliem, kas veidojas kompleksās β-sabrukšanas rezultātā. Tātad, piemēram, 4.3. attēlā ir parādīta polonija-212 kodola liela attāluma α-daļiņu emisijas diagramma, kas veidojas bismuta-212 kodola β-sabrukšanas rezultātā. Var redzēt, ka atkarībā no β-pārejas rakstura polonija-212 kodols var veidoties grunts un ierosinātā stāvoklī. Alfa daļiņas, kas emitētas no polonija-212 kodola ierosinātajiem stāvokļiem, ir liela attāluma. Tomēr jāpatur prātā, ka alfa-aktīvajiem kodoliem, kas radušies šādā veidā, pāreja no ierosinātā stāvokļa ir lielāka iespējamība, izstarot γ-kvantu, nevis liela attāluma alfa daļiņu. Tāpēc liela attāluma alfa daļiņas ir ļoti reti sastopamas.
Turklāt zinātnieki ir izveidojuši ļoti svarīgu modeli: kad mazs a-daļiņu enerģijas pieaugums, pussabrukšanas periodi mainās par vairāki pasūtījumi. Tātad pie 232 tūkst T a = 4,08 MeV, T 1/2 \u003d 1,41 × 10 10 gadi un 230 Th - T a = 4,76 MeV, T 1/2 = 1,7∙10 4 gadi.
Rīsi. 4.3. Secīgās sabrukšanas shēma: 212 Bi - 212 Po - 208 Pb
Var redzēt, ka alfa daļiņu enerģijas samazināšanās par aptuveni 0,7 MeV ir saistīta ar pussabrukšanas perioda palielināšanos par 6 kārtībām. Plkst T α < 2 МэВ период полураспада становится настолько большим, что экспериментально обнаружить альфа-активность практически невозможно. Разброс в значениях периодов полураспада, характерных для альфа-распада, весьма велик:
10 16 gadi ≥ T 1/2 ≥ 10–7 s,
un tajā pašā laikā ir ļoti šaurs radioaktīvo kodolu emitēto alfa daļiņu enerģijas diapazons:
2 MeV ≤ Tα ≤ 9 MeV.
Sakarību starp alfa daļiņas pussabrukšanas periodu un enerģiju eksperimentāli noskaidroja Geigers un Nuttall 1911.–1912. gadā. Viņi parādīja, ka atkarība lg T 1/2 no lg Tα ir labi tuvināts ar taisnu līniju:
. (4.7)
Šis likums labi saglabā vienmērīgus un vienmērīgus kodolus. Savukārt nepāra un nepāra kodoliem ir ļoti būtiska novirze no likuma.
Alfa sabrukšanas varbūtības un līdz ar to pussabrukšanas perioda spēcīgo atkarību no enerģijas G. Gamovs un E. Kondons 1928. gadā izskaidroja, izmantojot teoriju par kodola vienas daļiņas modeli. Šis modelis pieņem, ka alfa daļiņa pastāvīgi pastāv kodolā, t.i. mātes kodols sastāv no bērna kodola un alfa daļiņas. Tiek pieņemts, ka alfa daļiņa pārvietojas sfēriskā rādiusa apgabalā R (R ir kodola rādiuss) un to kodolā notur maza darbības rādiusa Kulona kodolspēki. Attālumos r, kas ir lielāki par meitas kodola rādiusu R, darbojas Kulona atgrūšanas spēki.
Uz att. 4.4 parāda potenciālās enerģijas atkarību starp alfa daļiņu un atsitiena kodolu no attāluma starp to centriem.
Abscisa parāda attālumu starp meitas kodolu un alfa daļiņu, un ordinātas parāda sistēmas enerģiju. Kulona potenciāls tiek nogriezts no attāluma R, kas ir aptuveni vienāds ar bērna kodola rādiusu. Kulona barjeras B augstumu, kas alfa daļiņai jāpārvar, lai izietu no kodola, nosaka attiecība:
kur Z un z ir attiecīgi meitas kodola un alfa daļiņas lādiņi.
Rīsi. 4.4. Sistēmas potenciālās enerģijas izmaiņas ar attālumu starp bērna kodolu un alfa daļiņu.
Potenciālās barjeras vērtība ievērojami pārsniedz radioaktīvo kodolu emitēto alfa daļiņu enerģiju, un saskaņā ar klasiskās mehānikas likumiem alfa daļiņa nevar atstāt kodolu. Bet priekš elementārdaļiņas, kuras uzvedību apraksta kvantu mehānikas likumi, šīm daļiņām ir iespējams iziet cauri potenciālajai barjerai, ko sauc par tuneļa pāreju.
Saskaņā ar alfa sabrukšanas teoriju, kuras pirmsākumus noteica G. Gamovs un E. Kondons, daļiņas stāvokli apraksta ar viļņu funkciju ψ, kas atbilstoši normalizācijas nosacījumiem atšķiras no nulles jebkurā telpas punktā, un tādējādi pastāv ierobežota varbūtība atklāt alfa daļiņu gan barjeras iekšpusē, gan ārpus tās. Tas ir, ir iespējams tā sauktais alfa daļiņas tunelēšanas process caur potenciālo barjeru.
Ir pierādīts, ka barjeras caurlaidība ir atomu skaita funkcija, atomu masa, serdes rādiuss un potenciālās barjeras īpašības.
Konstatēts, ka pāra-pāra kodolu alfa pārejas no pamatnuklīdu galvenā līmeņa uz meitas nuklīdu galveno līmeni raksturo mazākās vērtības pussabrukšanas periodi. Nepāra pāra, pāra un nepāra kodoliem vispārējā tendence turpinās, taču to pussabrukšanas periods ir 2-1000 reižu garāks nekā pāra pāra kodoliem ar doto Z un Tα Noderīgi atcerēties: radionuklīdu emitēto alfa daļiņu enerģija ar vienādu masas skaitli palielinās, palielinoties kodola lādiņam.
Atbilstoši radioaktīvā starojuma veidiem ir vairāki radioaktīvās sabrukšanas veidi (radioaktīvo transformāciju veidi). Elementi, kuru kodolos ir pārāk daudz protonu vai neitronu, tiek pakļauti radioaktīvai transformācijai. Apsveriet radioaktīvās sabrukšanas veidus.
1. Alfa sabrukšana raksturīgi dabiskiem radioaktīviem elementiem ar lielu sērijas numuru (t.i., ar zemu saistīšanas enerģiju). Galvenokārt ir zināmi aptuveni 160 alfa-aktīvi kodolu veidi sērijas numurs ir vairāk nekā 82 (Z > 82). Alfa sabrukšanu pavada alfa daļiņas emisija no nestabila elementa kodola, kas ir hēlija atoma He kodols (tajā ir 2 protoni un 2 neitroni). Kodollādiņš tiek samazināts par 2, masas skaitlis - par 4.
ZAX → Z-2 A-4 Y + 2 4He; 92 238U → 24 He + 90 234Th;
88 226Ra→2 4He + 86 222Ra + γ radi.
Alfa sabrukšana tiek pakļauta vairāk nekā 10% radioaktīvo izotopu.
2. Beta sabrukšana. Vairāki dabiskie un mākslīgie radioaktīvie izotopi sadalās, izdalot elektronus vai pozitronus:
a) Elektroniskā beta sabrukšana. raksturīga gan dabiskajiem, gan mākslīgajiem radionuklīdiem, kuros ir neitronu pārpalikums (t.i., galvenokārt smagajiem radioaktīvajiem izotopiem). Apmēram 46% no visiem radioaktīvajiem izotopiem tiek pakļauti elektroniskai beta sabrukšanai. Šajā gadījumā viens no neitroniem pārvēršas par, un kodols arī izstaro antineitrīnu. Kodola lādiņš un attiecīgi elementa atomskaitlis palielinās par vienu, bet masas skaitlis paliek nemainīgs.
AZ X → AZ+1 Y + e- + v-; 24194Pu → 24195Am + e- + v-; 6429Cu → 6430Zn + e- + v-; 4019K → 4020Ca + e- + v-.
Izstarojot β-daļiņas, atomu kodoli var atrasties ierosinātā stāvoklī, kad meitas kodolā tiek konstatēts enerģijas pārpalikums, ko neuztver korpuskulārās daļiņas. Šī liekā enerģija tiek izstarota gamma staru veidā.
13785Cs → 13756 Ba + e - + v- + γ radi.;
b) pozitronu beta sabrukšana. To novēro dažos mākslīgos radioaktīvos izotopos, kuru kodolā ir protonu pārpalikums. Tas ir raksturīgs 11% radioaktīvo izotopu D.I.Mendeļejeva tabulas pirmajā pusē (Z<45). При позитронном бета-распаде один из протонов превращается в , заряд ядра и соответственно атомный номер уменьшается на единицу, а массовое число остается без изменений. Ядро испускает позитрон и нейтрино.
AZX → AZ-1Y + e+ + v+; 3015P → 3014Si + e+ + v+; 6428Ni + e+ + v+.
Positrons, izlidojot no kodola, norauj no čaulas “papildu” atomu vai mijiedarbojas ar brīvo elektronu, veidojot “pozitronu-elektronu” pāri, kas acumirklī pārvēršas divos gamma kvantos ar enerģiju, kas līdzvērtīga daļiņas (e un e). Pozitronu-elektronu pāra pārveidošanās procesu divos gamma kvantos sauc par iznīcināšanu (iznīcināšanu), un tā rezultātā rodas elektromagnētiskā radiācija- iznīcināšana. Šajā gadījumā viena matērijas forma (matērijas daļiņas) tiek pārveidota par citu - gamma fotoniem;
c) elektroniskā uztveršana. Tā ir sava veida radioaktīvā transformācija, kad atoma kodols uztver elektronu no kodolam tuvākā enerģijas K līmeņa (elektroniskā K uztveršana) vai retāk 100 reizes no L līmeņa. Tā rezultātā viens no kodola protoniem tiek neitralizēts ar elektronu, pārvēršoties par. Jaunā kodola sērijas numurs kļūst par vienu mazāks, bet masas numurs nemainās. Kodols izstaro antineitrīnu. Atbrīvoto vietu, kuru K vai L līmenī aizņēma notvertais, aizpilda elektrons no enerģijas līmeņiem, kas atrodas tālāk no kodola. Šīs pārejas laikā atbrīvoto enerģijas pārpalikumu atoms izstaro raksturīgā rentgena starojuma veidā.
AZX + e- → AZ-1 Y + v- + rentgenstari;
4019K + e- → Ar + v- + rentgenstari;
6429Cu + e- → 6428 Ni + v- + rentgenstari.
Elektroniskā K uztveršana ir raksturīga 25% no visiem radioaktīvajiem kodoliem, bet galvenokārt mākslīgajiem radioaktīvajiem izotopiem, kas atrodas D.I. otrajā pusē. Mendeļejevs un ar protonu pārpalikumu (Z = 45 - 105). K-tver tikai trīs dabiskie elementi: kālijs-40, lantāns-139, lutēcijs-176 (4019K, 15957La, 17671Lu).
Daži kodoli var sadalīties divos vai trīs veidos: ar alfa un beta sabrukšanu un ar K uztveršanu.
Kā jau minēts, kālijs-40 tiek pakļauts elektroniskai sabrukšanai - 88%, bet K-uztveršanai - 12%. Varš-64 (6428Сu) pārvēršas par niķeli (pozitronu sabrukšana - 19%, K-tveršana - 42%; (elektroniskā sabrukšana - 39%).
3. γ-starojuma emisija nav radioaktīvās sabrukšanas veids (nav elementu transformācijas), bet gan elektromagnētisko viļņu plūsma, kas rodas atomu kodolu (gan dabisko, gan mākslīgo radioaktīvo izotopu) alfa un beta sabrukšanas rezultātā. kad meitas kodolā izrādās enerģijas pārpalikums, ko neuztver korpuskulārais starojums (alfa un beta daļiņas). Šis pārpalikums uzreiz tiek parādīts gamma kvantu veidā.
13153I → 13154Xe + e- +v- +2γ kvants; 22688Ra → 42He + 22286Rn + γ kvants.
4. - protona emisija no kodola pamatstāvoklī. Šo procesu var novērot mākslīgi ražotos kodolos ar lielu neitronu deficītu:
lutecijs - 151 (15171Lu) - tajā ir par 24 mazāk neitronu nekā stabilajā izotopā 17671Lu.
slaids11
Alfa sabrukšana ir atoma kodola emisija α-daļiņu (hēlija kodolu) pamata (neuzbudinātā) stāvoklī.
Pussabrukšanas perioda galvenās īpašības T 1/2, kinētiskā enerģija Tα un vielas diapazons Rαα-daļiņas vielā.
Alfa sabrukšanas pamatīpašības
1. Alfa sabrukšana ir novērojama tikai smagajos kodolos. Ir zināmi aptuveni 300 α-radioaktīvi kodoli
2. α-aktīvo kodolu pussabrukšanas periods atrodas milzīgā intervālā no
10 17 gadi () 
un noteica Ģēģera-Netola likums
.
(1.32)
piemēram, Z=84 konstantēm A= 128,8 un B = - 50,15, Tα ir α-daļiņas kinētiskā enerģija iekšā mev
3. Radioaktīvo kodolu α-daļiņu enerģijas ir iekšā
(mev)
Tα min = 1,83 mev (), Tα max = 11,65 mev(izomērs
4. Novērota radioaktīvo kodolu α-spektru smalkā struktūra. Šie spektri diskrēts. Attēlā 1.5. ir dota plutonija kodola sabrukšanas diagramma. α-daļiņu spektrs sastāv no vairākām monoenerģētiskām līnijām, kas atbilst pārejām uz dažādiem meitas kodola līmeņiem.
6. α-daļiņu nobraukums gaisā normālos apstākļos
R α (cm) = 0,31 T α 3/2 mev plkst (4< T α <7 mev) (1.33)
7. α-sabrukšanas reakcijas vispārīgā shēma
kur ir mātes kodols, ir meitas kodols
α-daļiņas saistīšanās enerģijai kodolā jābūt mazākai par nulli, lai notiktu α-sabrukšana.
E St α =<0 (1.34)
Enerģija, kas izdalās α-sabrukšanas laikā Eα sastāv no α-daļiņas kinētiskās enerģijas Tα un meitas kodola kinētiskā enerģija T i
E α =| E St α | = Tα +Ti (1,35)
α-daļiņu kinētiskā enerģija ir vairāk nekā 98% no kopējās α-sabrukšanas enerģijas
Beta sabrukšanas veidi un īpašības
Beta sabrukšanas slaids 12
Kodola beta sabrukšana ir nestabila kodola spontānas pārvēršanās process izobāra kodolā elektrona (pozitrona) emisijas vai elektrona uztveršanas rezultātā. Ir zināmi aptuveni 900 beta radioaktīvo kodolu.
Elektroniskajā β - -sabrukšanā viens no kodola neitroniem pārvēršas par protonu ar elektrona emisiju un elektronu antineitrīnu.
brīvā neitronu sabrukšana 
, T 1/2 \u003d 10.7 min;
tritija sabrukšana 
, T 1/2 = 12 gadiem
.
Plkst pozitronu β + -sabrukšana viens no kodola protoniem pārvēršas par neitronu ar pozitīvi lādēta elektrona (pozitrona) un elektronu neitrīno emisiju
Kad elektroniskā e-uztveršana kodols uztver elektronu no sava atoma elektronu apvalka (bieži vien K-apvalka).
β - sabrukšanas enerģija atrodas intervālā
()0,02 mev < Е β < 13,4 mev ().
Emitēto β-daļiņu spektrs nepārtraukts no nulles līdz maksimālajai vērtībai. Aprēķinu formulas maksimālā beta sadalīšanās enerģija:
, (1.42)
, (1.43)
. (1.44)
kur ir mātes kodola masa, ir meitas kodola masa. es ir elektrona masa.
Pus dzīve T 1/2 saistīta ar varbūtību beta sabrukšanas koeficients
Beta sabrukšanas iespējamība ir ļoti atkarīga no beta sabrukšanas enerģijas ( ~ Eβ 5 plkst Eβ >> m e c 2) tātad pussabrukšanas periods T 1/2ļoti atšķiras
10-2 sek< T 1/2< 2 10 15 лет
Beta sabrukšana notiek vājas mijiedarbības rezultātā, kas ir viena no fundamentālajām mijiedarbībām.
Radioaktīvās ģimenes (rindas) 13. slaids
Kodolu pārvietošanās likumi α-sabrukšanas laikā ( A→A – 4 ; Z→Z- 2) β-sabrukšanas laikā ( A→A; Z→Z+1). Kopš masas skaitļa BET mainās uz 4 α-sabrukšanas laikā un β-sabrukšanas laikā BET nemainās, tad dažādu radioaktīvo ģimeņu pārstāvji nav savā starpā "sapinušies". Tie veido atsevišķas radioaktīvās rindas (kodolu ķēdes), kas beidzas ar stabiliem izotopiem.
Katras radioaktīvās ģimenes locekļu masas skaitu raksturo formula
a=0 torija ģimenei, a= 1 neptūnija ģimenei, a= 2 urāna ģimenei, a=3 aktinourāna ģimenei. n ir vesels skaitlis. skatiet cilni. 1.2
1.2. tabula
| Ģimene | Sākotnējais izotops | Galīgais stabilais izotops | Rinda | Sākotnējā izotopa pussabrukšanas periods T 1/2 |
| torijs | svins | 4n+0 | 14 10 9 gadi | |
| urāns | svins | 4n+2 | 4,5 10 9 gadi | |
| aktinourāns | svins | 4n+3 | 0,7 10 9 gadi | |
| neptūnija | bismuts | 4n+1 | 2,2 10 6 gadi |
Salīdzinot dzimtu senču pussabrukšanas periodus ar Zemes ģeoloģisko mūžu (4,5 miljardi gadu), redzams, ka gandrīz viss torijs-232 ir saglabājies Zemes vielā, urāns-238 sadalījās apm. puse, urāns-235 pārsvarā, neptūnijs-237 gandrīz visi .
Zināmo α-radioaktīvo kodolu pussabrukšanas periods ir ļoti atšķirīgs. Tādējādi 182 W volframa izotopa pussabrukšanas periods T 1/2 > 8,3 · 10 18 gadi, bet 219 Pa protaktīnija izotopam ir T 1/2 = 5,3 · 10 -8 s.
Rīsi. 2.1. Radioaktīvā elementa pussabrukšanas perioda atkarība no dabiski radioaktīva elementa α-daļiņas kinētiskās enerģijas. Pārtrauktā līnija ir Geigera-Natala likums.
Vienmērīgiem izotopiem pussabrukšanas perioda atkarība no α sabrukšanas enerģijas Q α apraksta empīriski Ģēģera-Netola likums
kur Z ir gala kodola lādiņš, pussabrukšanas periods T 1/2 ir izteikts sekundēs, un α-daļiņas E α enerģija ir MeV. Uz att. 2.1 parāda α-radioaktīvo vienmērīgo izotopu pussabrukšanas perioda eksperimentālās vērtības (Z svārstās no 74 līdz 106) un to aprakstu, izmantojot sakarību (2.3).
Nepāra pāra, pāra-pāra un nepāra-pāra kodoliem vispārējā atkarības tendence
lg T 1/2 no Q α saglabājas, bet pussabrukšanas periodi ir 2–100 reizes garāki nekā pāra-pāra kodoliem ar vienādu Z un Q α .
Lai notiktu α-sabrukšana, ir nepieciešams, lai sākotnējā kodola M(A,Z) masa būtu lielāka par gala kodola M(A-4, Z-2) un α masu summu. - daļiņa Mα:
kur Q α = c 2 ir α sabrukšanas enerģija.
Tā kā M α<< M(A-4, Z-2),
lielāko daļu α sabrukšanas enerģijas aiznes α ‑
daļiņa un tikai ≈ 2% - gala kodols (A-4, Z-2).
Daudzu radioaktīvo elementu α-daļiņu enerģijas spektri sastāv no vairākām līnijām (α-spektru smalkā struktūra). α-spektra smalkās struktūras parādīšanās iemesls ir sākotnējā kodola (A, Z) sabrukšana kodola ierosinātajā stāvoklī (A-4, Z-2). Mērot α-daļiņu spektrus, var iegūt informāciju par ierosināto stāvokļu raksturu
kodoli (A-4, Z-2).
Lai noteiktu A un Z kodolu vērtību diapazonu, kam enerģētiski iespējama α-sabrukšana, tiek izmantoti eksperimentāli dati par kodolu saistīšanās enerģijām. α-sabrukšanas Q α enerģijas atkarība no masas skaitļa A parādīta att. 2.2.
No att. 2.2. attēlā redzams, ka α-sabrukšana kļūst enerģētiski iespējama, sākot no A ≈ 140. Reģionos A = 140–150 un A ≈ 210 Q α ir izteikti maksimumi, kas izriet no kodola apvalka struktūras. Maksimums pie A = 140–150 ir saistīts ar neitronu apvalka piepildījumu ar maģisko skaitli N =A – Z = 82, un maksimums pie A ≈ 210 ir saistīts ar protonu apvalka piepildījumu pie Z
= 82. Pateicoties atoma kodola apvalka uzbūvei, α-aktīvo kodolu pirmais (retzemju) apgabals sākas ar N = 82, un īpaši daudz kļūst smagie α-radioaktīvie kodoli, sākot ar Z = 82.
Rīsi. 2.2. α-sabrukšanas enerģijas atkarība no masas skaitļa A.
Plašais pussabrukšanas periodu diapazons, kā arī šo periodu lielās vērtības daudziem α-radioaktīviem kodoliem ir izskaidrojamas ar to, ka α-daļiņa nevar "acumirklī" atstāt kodolu, neskatoties uz to, ka tas ir enerģētiski labvēlīgs. Lai izietu no kodola, α-daļiņai jāpārvar potenciālā barjera - apgabals pie kodola robežas, kas veidojas α-daļiņas un gala kodola elektrostatiskās atgrūšanās potenciālās enerģijas un pievilkšanas spēku dēļ. starp nukleoniem. No klasiskās fizikas viedokļa α-daļiņa nevar pārvarēt potenciālo barjeru, jo tai nav tam nepieciešamās kinētiskās enerģijas. Tomēr kvantu mehānika pieļauj šādu iespēju − α ‑
daļiņai ir zināma iespēja iziet cauri potenciālajai barjerai un atstāt kodolu. Šo kvantu mehānisko parādību sauc par "tunelēšanas efektu" vai "tunelēšanu". Jo lielāks ir barjeras augstums un platums, jo mazāka ir tunelēšanas iespējamība, un pussabrukšanas periods attiecīgi ir garāks. Liels pussabrukšanas periodu diapazons
α-izstarotāji ir izskaidrojami ar atšķirīgu α-daļiņu kinētisko enerģiju un potenciālo barjeru augstumu kombināciju. Ja barjera nepastāvētu, tad α-daļiņa atstātu kodolu raksturīgajam kodolam
laiks ≈ 10 -21 - 10 -23 s.
Vienkāršāko α-sabrukšanas modeli 1928. gadā ierosināja G. Gamovs un neatkarīgi G. Gērnijs un E. Kondons. Šajā modelī tika pieņemts, ka alfa daļiņa pastāvīgi pastāv kodolā. Kamēr α-daļiņa atrodas kodolā, uz to iedarbojas kodola pievilkšanās spēki. To darbības rādiuss ir salīdzināms ar kodola R rādiusu. Kodolpotenciāla dziļums ir V 0 . Ārpus kodola virsmas r > R potenciāls ir Kulona atgrūšanas potenciāls
V(r) = 2Ze 2 /r.
Rīsi. 2.3. α-daļiņu enerģija E α atkarībā no neitronu skaita N
oriģinālajā kodolā. Līnijas savieno viena un tā paša ķīmiskā elementa izotopus.
Vienkāršota pievilcīgā kodolpotenciāla un atgrūdošā Kulona potenciāla kopīgās darbības diagramma parādīta 2.4. attēlā. Lai izietu ārpus kodola, α-daļiņai ar enerģiju E α ir jāiziet cauri potenciāla barjerai, kas atrodas reģionā no R līdz R c . α-sabrukšanas iespējamību galvenokārt nosaka varbūtība D, ka α-daļiņa iziet cauri potenciālajai barjerai
Šī modeļa ietvaros bija iespējams izskaidrot spēcīgo varbūtības α atkarību ‑ sadalīšanās no α-daļiņas enerģijas.
Rīsi. 2.4. α-daļiņas potenciālā enerģija. potenciālā barjera.
Lai aprēķinātu sabrukšanas konstanti λ, jāreizina α-daļiņas cauri potenciāla barjerai koeficients, pirmkārt, ar varbūtību w α, ka α-daļiņa ir izveidojusies kodolā, un, otrkārt, ar varbūtību, ka tas atradīsies kodola malā. Ja α-daļiņai kodolā ar rādiusu R ir ātrums v, tad tā robežai tuvosies vidēji ≈ v/2R reizes sekundē. Rezultātā samazinājuma konstantei λ iegūstam sakarību
 |
(2.6) |
α-daļiņas ātrumu kodolā var novērtēt, pamatojoties uz tās kinētisko enerģiju E α + V 0 kodolpotenciāla akas iekšpusē, kas dod v ≈ (0,1-0,2) s. No tā jau izriet, ka α-daļiņas klātbūtnē kodolā ir iespējamība, ka tā šķērsos barjeru D<10 -14 (для самых короткоживущих
относительно α‑распада тяжелых ядер).
Preeksponenciālā faktora novērtējuma raupjums nav īpaši nozīmīgs, jo no tā sabrukšanas konstante ir atkarīga nesalīdzināmi vājāka nekā no eksponenta.
No formulas (2.6) izriet, ka pussabrukšanas periods ir ļoti atkarīgs no kodola rādiusa R, jo rādiuss R ir iekļauts ne tikai pirmseksponenciālajā faktorā, bet arī eksponentā kā integrācijas robeža. Tāpēc pēc datiem par α-sabrukšanu ir iespējams noteikt atomu kodolu rādiusus. Šādā veidā iegūtie rādiusi izrādās par 20–30% lielāki nekā elektronu izkliedes eksperimentos konstatētie. Šī atšķirība ir saistīta ar to, ka eksperimentos ar ātrajiem elektroniem mēra elektriskā lādiņa sadalījuma rādiusu kodolā, bet α-sabrukšanas gadījumā mēra attālumu starp kodolu un α-daļiņu, pie kura darbojas kodolspēki. beidz darboties.
Planka konstantes klātbūtne eksponentā (2.6) izskaidro pussabrukšanas perioda spēcīgo atkarību no enerģijas. Pat nelielas enerģijas izmaiņas noved pie būtiskām eksponenta izmaiņām un līdz ar to ļoti krasām izmaiņām pussabrukšanas periodā. Tāpēc emitēto α-daļiņu enerģijas ir ļoti ierobežotas. Smagajiem kodoliem α-daļiņas, kuru enerģija pārsniedz 9 MeV, izlido gandrīz acumirklī, un ar enerģiju zem 4 MeV tās dzīvo kodolā tik ilgi, ka α-sabrukšanu pat nevar reģistrēt. Retzemju α-radioaktīvajiem kodoliem abas enerģijas samazinās, jo samazinās kodola rādiuss un potenciālās barjeras augstums.
Uz att. 2.5. attēlā parādīta Hf izotopu (Z = 72) α sabrukšanas enerģijas atkarība no masas skaitļa A masas skaitļu diapazonā A = 156–185. 2.1. tabulā ir norādītas 156–185 Hf izotopu α-sabrukšanas enerģijas, pussabrukšanas periodi un galvenie sabrukšanas kanāli. Redzams, kā, palielinoties masas skaitlim A, samazinās α-sabrukšanas enerģija, kas noved pie α-sabrukšanas varbūtības samazināšanās un β-sabrukšanas varbūtības palielināšanās (2.1. tabula). 174 Hf izotops, būdams stabils izotops (dabiskā izotopu maisījumā tas ir 0,16%), tomēr sadalās ar pussabrukšanas periodu T 1/2 = 2 10 15 gadi ar α-daļiņas emisiju.
Rīsi. 2.5. Hf izotopu α sabrukšanas enerģijas Q α atkarība (Z = 72)
no masas skaitļa A.
2.1. tabula
α-sabrukšanas enerģijas Q α atkarība, pussabrukšanas periods T 1/2,
dažādi izotopu H f (Z = 72) sabrukšanas režīmi uz masas skaitļa A
| Z | N | A | Qα | T 1/2 | Samazināšanās režīmi (%) |
|---|---|---|---|---|---|
| 72 | 84 | 156 | 6.0350 | 23 ms | a(100) |
| 72 | 85 | 157 | 5.8850 | 110 ms | α (86), e (14) |
| 72 | 86 | 158 | 5.4050 | 2,85 s | α (44,3), e (55,7) |
| 72 | 87 | 159 | 5.2250 | 5,6 s | α (35), e (65) |
| 72 | 88 | 160 | 4.9020 | 13,6 s | α (0,7), e (99,3) |
| 72 | 89 | 161 | 4.6980 | 18,2 s | α (<0.13), е (>99.87) |
| 72 | 90 | 162 | 4.4160 | 39,4 s | α (<8·10 -3), е (99.99) |
| 72 | 91 | 163 | 4.1280 | 40,0 s | α (<1·10 -4), е (100) |
| 72 | 92 | 164 | 3.9240 | 111 s | e (100) |
| 72 | 93 | 165 | 3.7790 | 76 s | e (100) |
| 72 | 94 | 166 | 3.5460 | 6,77 min | e (100) |
| 72 | 95 | 167 | 3.4090 | 2,05 min | e (100) |
| 72 | 96 | 168 | 3.2380 | 25,95 min | e (100) |
| 72 | 97 | 169 | 3.1450 | 3,24 min | e (100) |
| 72 | 98 | 170 | 2.9130 | 16.01 st | e (100) |
| 72 | 99 | 171 | 2.7390 | 12,1 st | e (100) |
| 72 | 100 | 172 | 2.7470 | 1,87 st | e (100) |
| 72 | 101 | 173 | 2.5350 | 23,4 st | e (100) |
| 72 | 102 | 174 | 2.4960 | 2 10 15 l | e (100) |
| 72 | 103 | 175 | 2.4041 | 70 dienas | e (100) |
| 72 | 104 | 176 | 2.2580 | stubs. | |
| 72 | 105 | 177 | 2.2423 | stubs. | |
| 72 | 106 | 178 | 2.0797 | stubs. | |
| 72 | 107 | 179 | 1.8040 | stubs. | |
| 72 | 108 | 180 | 1.2806 | stubs. | |
| 72 | 109 | 181 | 1.1530 | 42,39 dienas | β — (100) |
| 72 | 110 | 182 | 1.2140 | 8,9 10 6 l | β — (100) |
| 72 | 111 | 183 | 0.6850 | 1.07 st | β — (100) |
| 72 | 112 | 184 | 0.4750 | 4.12 st | β — (100) |
| 72 | 113 | 185 | 0.0150 | 3,5 min | β — (100) |
Hf izotopi ar A = 176–180 ir stabili izotopi. Šiem izotopiem ir arī pozitīva α-sabrukšanas enerģija. Tomēr α-sabrukšanas enerģija ~ 1, 3–2, 2 MeV ir pārāk zema, un šo izotopu α-sabrukšana nav konstatēta, neskatoties uz to, ka α-sabrukšanas varbūtība nav nulle. Tālāk palielinoties masas skaitlim A > 180, β - sabrukšana kļūst par dominējošo sabrukšanas kanālu.
Radioaktīvās sabrukšanas gadījumā gala kodols var būt ne tikai pamatstāvoklī, bet arī kādā no ierosinātajiem stāvokļiem. Tomēr α-sabrukšanas varbūtības lielā atkarība no α-daļiņas enerģijas noved pie tā, ka sadalīšanās gala kodola ierosinātajos līmeņos parasti notiek ļoti zemā intensitātē, jo α-daļiņas enerģija samazinās, kad gala kodols ir satraukts. Tāpēc eksperimentāli var novērot tikai sadalīšanos rotācijas līmeņos ar salīdzinoši zemu ierosmes enerģiju. Sadalīšanās gala kodola ierosinātajos līmeņos izraisa smalkas struktūras parādīšanos emitēto α-daļiņu enerģijas spektrā.
Galvenais faktors, kas nosaka α-sabrukšanas īpašības, ir α-daļiņu iziešana caur potenciālo barjeru. Citi faktori ir salīdzinoši vāji, bet atsevišķos gadījumos ļauj iegūt papildu informāciju par kodola uzbūvi un kodola α-sabrukšanas mehānismu. Viens no šiem faktoriem ir kvantu mehāniskās centrbēdzes barjeras parādīšanās. Ja α-daļiņa izlido no kodola (A,Z) ar spinu J i , un šajā gadījumā veidojas gala kodols
(A-4, Z-2) stāvoklī ar spinu J f , tad α-daļiņai ir jānoņem kopējais moments J, ko nosaka attiecība
Tā kā α-daļiņai ir nulles spins, tās kopējais impulss J sakrīt ar impulsa l orbitālo leņķisko impulsu, ko aiznes α-daļiņa
Rezultāts ir kvantu mehāniskā centrbēdzes barjera.
Potenciālās barjeras formas izmaiņas centrbēdzes enerģijas ietekmē ir nenozīmīgas, galvenokārt tāpēc, ka centrbēdzes enerģija ar attālumu samazinās daudz ātrāk nekā Kulona (kā 1/r 2, nevis kā 1/r). Tomēr, tā kā šīs izmaiņas tiek dalītas ar Planka konstanti un ietilpst eksponentā, tad lielam l tas izraisa izmaiņas kodola dzīves laikā.
2.2. tabulā parādīta aprēķinātā centrbēdzes barjeras caurlaidība B l α-daļiņām, kas emitētas ar orbitālo impulsu l, attiecībā pret centrbēdzes barjeras caurlaidību B 0 α-daļiņām, kas emitētas ar orbitālo impulsu l = 0 kodolam ar Z = 90, α-daļiņas enerģija E α = 4,5 MeV. Var redzēt, ka, palielinoties orbitālajam impulsam l, ko aizved α-daļiņa, kvantu-mehāniskās centrbēdzes barjeras caurlaidība strauji samazinās.
2.2. tabula
Centrbēdzes barjeras relatīvā caurlaidībaα - daļiņas,
izlidojot ar orbītas impulsu l
(Z = 90, E α = 4,5 MeV)
Nozīmīgāks faktors, kas spēj strauji pārdalīt dažādu α-sabrukšanas atzaru varbūtības, var būt nepieciešamība būtiski pārkārtot kodola iekšējo struktūru α-daļiņu emisijas laikā. Ja sākotnējais kodols ir sfērisks un gala kodola pamatstāvoklis ir stipri deformēts, tad, lai evolucionētu gala kodola pamatstāvoklī, sākotnējam kodolam α-daļiņas izstarošanas procesā ir jāpārkārtojas. , ievērojami mainot savu formu. Šādas kodola formas izmaiņas parasti ietver lielu skaitu nukleonu un tādu dažu nukleonu sistēmu kā α ‑
daļiņa, kas atstāj kodolu, var nespēt to nodrošināt. Tas nozīmē, ka galīgā kodola veidošanās varbūtība pamatstāvoklī būs niecīga. Ja starp gala kodola ierosinātajiem stāvokļiem ir stāvoklis, kas ir tuvu sfēriskam, tad sākotnējais kodols var pāriet tajā bez būtiskas pārkārtošanās α rezultātā. ‑
sabrukšana Šāda līmeņa apdzīvošanas varbūtība var izrādīties augsta, ievērojami pārsniedzot zemāko stāvokļu, tostarp pamatstāvokļa, apdzīvošanas varbūtību.
No izotopu 253 Es, 225 Ac, 225 Th, 226 Ra α-sabrukšanas diagrammām var redzēt spēcīgas α-sabrukšanas iespējamības atkarības ierosinātos stāvokļos no α-daļiņas enerģijas un orbitālās impulsa l. aiznes α-daļiņa.
α-sabrukšana var notikt arī no ierosinātiem atomu kodolu stāvokļiem. Piemēram, 2.3. un 2.4. tabulā parādīti 151 Ho un 149 Tb izotopu pamatstāvokļa un izomēru sabrukšanas režīmi.
2.3. tabula
151Ho zemes un izomēru stāvokļu α-sabrukšana
2.4. tabula
149 Tb pamata un izomēru stāvokļu α-sabrukšana
Uz att. 2.6 parāda 149 Tb un 151 Ho izotopu pamatstāvokļu un izomēru sabrukšanas enerģijas diagrammas.
Rīsi. 2.6. Enerģijas samazināšanās diagrammas 149 Tb un 151 Ho izotopu pamatstāvokļiem un izomēriem.
α-sabrukšana no 151Ho izotopa izomēra stāvokļa (J P = (1/2) + , E izomērs = 40 keV) ir ticamāka (80%) nekā e-satveršana šajā izomērā. Tajā pašā laikā 151 Ho pamatstāvoklis pārsvarā samazinās e-tveršanas rezultātā (78%).
149 Tb izotopā izomēra stāvokļa sabrukšana (J P = (11/2) - , E izomērs = 35,8 keV) pārsvarā notiek e-tveršanas rezultātā. Novērotās zemes un izomēru stāvokļu sabrukšanas pazīmes ir izskaidrojamas ar α-sabrukšanas un e-tveršanas enerģiju un orbitālo impulsu, ko aizved α-daļiņa vai neitrīno.
1.3. Alfa sabrukšana, beta sabrukšana un gamma emisijas no radioaktīviem kodoliem
Alfa sabrukšana ir spontāna alfa daļiņu emisija no radioaktīvā kodola, kas pārstāv hēlija atoma kodolus. Sabrukšana notiek saskaņā ar shēmu
AmZ X → AmZ − − 42 Y + 2 4He . |
AT Izteiksmē (1.13) burts X apzīmē bojājošā (vecāku) kodola ķīmisko simbolu, bet burts Y apzīmē izveidotā (meitas) kodola ķīmisko simbolu. Kā redzams no shēmas (1.13), meitas kodola atomskaitlis ir divi, un masas skaitlis ir par četrām vienībām mazāks nekā sākotnējā kodola.
Alfa daļiņai ir pozitīvs lādiņš. Alfa daļiņas raksturo divas
pēc galvenajiem parametriem: ceļa garums (gaisā līdz 9 cm, bioloģiskajos audos līdz 10-3 cm) un kinētiskā enerģija 2…9 MeV robežās.
Alfa sabrukšana ir novērojama tikai smagajos kodolos ar Am>200 un lādiņu skaitu Z>82. Šādos kodolos no diviem protoniem un diviem neitroniem veidojas atsevišķas daļiņas. Šīs nukleonu grupas izolāciju veicina kodolspēku piesātinājums, tāpēc izveidotā alfa daļiņa ir pakļauta mazāk pievilcīgiem kodolspēkiem nekā atsevišķi nukleoni. Tajā pašā laikā alfa daļiņa izjūt lielāku Kulona atgrūšanas spēku ietekmi no kodola protoniem nekā atsevišķi protoni. Tas izskaidro izkļūšanu no alfa daļiņu kodola, nevis atsevišķiem nukleoniem.
AT vairumā gadījumu radioaktīvā viela izstaro vairākas grupas līdzīgas, bet atšķirīgas enerģijas alfa daļiņas, t.i. grupām ir enerģijas spektrs. Tas ir saistīts ar faktu, ka meitas kodols var rasties ne tikai pamatstāvoklī, bet arī ierosinātos stāvokļos ar dažādu enerģijas līmeni.
Lielākajai daļai kodolu ierosināto stāvokļu kalpošanas laiks ir pirms-
gadījumi no 10 - 8 līdz 10 - 15 s. Šajā laikā meitas kodols pāriet uz zemes vai zemākā ierosinātā stāvoklī, izstarojot atbilstošās enerģijas gamma kvantu, kas vienāds ar enerģijas starpību starp iepriekšējo un nākamajiem stāvokļiem. Uzbudināts kodols var arī izstarot jebkuru daļiņu: protonu, neitronu, elektronu vai alfa daļiņu. Tas var arī dot lieko enerģiju vienam no elektroniem, kas ieskauj iekšējā slāņa kodolu. Enerģijas pārnešana no kodola uz tuvāko K slāņa elektronu notiek bez gamma kvantu emisijas. Enerģēts elektrons izlido no atoma. Šo procesu sauc par iekšējo konvertēšanu. Iegūtais vakance piepildīta ar elektroniem no augstākiem enerģijas līmeņiem. Elektroniskās pārejas atoma iekšējos slāņos noved pie emisijas rentgenstari kam ir diskrēts enerģijas spektrs (raksturīgi rentgena stari). Kopumā ir zināmi aptuveni 25 dabiskie un aptuveni 100 mākslīgie alfa-radioaktīvie izotopi.
Beta sabrukšana apvieno trīs veidu kodolpārveidojumus: elektronisko (β− )
un pozitronu (β+ ) sabrukšanas, kā arī elektronu satveršanas jeb K-tveršanas. Pirmie divi transformāciju veidi sastāv no tā, ka kodols izstaro elektronu un antineitrīnu (β-sabrukšanas laikā) vai pozitronu un neitrīno (β+ sabrukšanas laikā). Elek-
tronis (pozitrons) un antineitrīns (neitrīns) nepastāv atomu kodoli. Šie procesi notiek, pārveidojot viena veida nukleonus kodolā par citu - neitronu par protonu vai protonu par neitronu. Šo transformāciju rezultāts ir β-sabrukums, kuru shēmām ir šāda forma:
Am Z X → Z Am + 1 Y+ − 1 e0 + 0 ~ ν0 (β− ir sabrukšana), |
|
Am Z X → Am Z − 1 Y+ + 1 e0 + 0 ν0 (β+ ir sabrukšana), |
kur − 1 e0 un + 1 e0 ir elektrona un pozitrona apzīmējumi,
0 ν0 un 0 ~ ν0 ir neitrīno un antineutrino apzīmējumi.
Ar negatīvu beta sabrukšanu radionuklīda lādiņa skaitlis palielinās par vienu, un ar pozitīvu beta sabrukšanu tas samazinās par vienu.
Elektronisko sabrukšanu (β - - sabrukšanu) var izjust gan dabiskie, gan mākslīgie radionuklīdi. Tieši šāda veida sabrukšana ir raksturīga lielākajai daļai videi visbīstamāko radionuklīdu, kas nokļuvuši vidi rezultātā Černobiļas avārija. Starp viņiem
134 55 Cs, 137 55 Cs, 90 38 Sr, 131 53 I utt.
Pozitronu sabrukšana (β + - sabrukšana) raksturīga galvenokārt mākslīgajiem radionuklīdiem.
Tā kā β-sabrukšanas laikā no kodola izlido divas daļiņas, un sadalījums
starp tām statistiski rodas kopējā enerģija, tad elektronu (pozitronu) enerģijas spektrs ir nepārtraukts no nulles līdz maksimālajai vērtībai Emax, ko sauc par beta spektra augšējo robežu. Beta-radioaktīvajiem kodoliem Emax vērtība ir enerģijas diapazonā no 15 keV līdz 15 MeV. Beta daļiņas ceļa garums gaisā ir līdz 20 m, bet bioloģiskajos audos līdz 1,5 cm.
Beta sabrukšanu parasti pavada gamma staru emisija. To rašanās iemesls ir tāds pats kā alfa sabrukšanas gadījumā: meitas kodols rodas ne tikai zemes (stabilā), bet arī satrauktā stāvoklī. Kad tas pēc tam pāriet zemākas enerģijas stāvoklī, kodols izstaro gamma staru fotonu.
Elektronu uztveršanas laikā viens no kodola protoniem tiek pārveidots par neitronu:
1 p 1+ − 1 e 0 → 0 n 1+ 0 ν 0 .
Ar šādu transformāciju pazūd viens no kodolam vistuvāk esošajiem elektroniem (atoma K slāņa elektrons). Protons, pārvēršoties par neitronu, it kā "uztver" elektronu. No šejienes nāk termins "elektroniskā uztveršana". funkciju
Šis β-sabrukšanas veids ir vienas daļiņas - neitrīno - atkāpšanās no kodola. Elektroniskās uztveršanas shēmai ir forma
Am Z X+ − 1 e0 → Am Z − 1 Y+ 0 ν 0 . (1,16)
Elektronisko uztveršanu, atšķirībā no β± sabrukšanas, vienmēr pavada a
vēža rentgenstari. Pēdējais rodas, kad elektrons, kas atrodas tālāk no kodola, pāriet uz jaunu vietu
K-slānis. Rentgenstaru viļņa garums ir robežās no 10 − 7 līdz 10 − 11 m. Tādējādi beta sabrukšanas laikā tiek saglabāts kodola masas skaitlis un tā
maksa mainās par vienu. Beta radioaktīvo kodolu pussabrukšanas periods
atrodas plašā laika intervālā no 10–2 s līdz 2 1015 gadiem.
Līdz šim ir zināmi aptuveni 900 beta radioaktīvo izotopu. No tiem tikai aptuveni 20 ir dabīgi, pārējās iegūtas mākslīgi. Lielākajai daļai šo izotopu ir pieredze
β− -sabrukšana, t.i. ar elektronu emisiju.
Visus radioaktīvās sabrukšanas veidus pavada gamma starojums. Gamma stari ir īsviļņu elektromagnētiskais starojums, kas nav neatkarīgas sugas radioaktivitāte. Eksperimentāli noskaidrots, ka gamma starus izstaro meitas kodols kodolu pāreju laikā no ierosinātas enerģijas stāvokļiem uz pamata vai mazāk ierosinātu stāvokli. Gamma staru enerģija ir vienāda ar starpību starp kodola sākotnējā un galīgā enerģijas līmeņa enerģiju. Gamma staru viļņa garums nepārsniedz 0,2 nanometrus.
Gamma starojuma process nav neatkarīgs radioaktivitātes veids, jo tas notiek, nemainot kodola Z un Am.
Testa jautājumi:
1. Ko nozīmē masas un lādiņa skaitļi periodiska sistēma Mendeļejevs?
2. Jēdziens "izotopi" un "izobāri". Kāda ir atšķirība starp šiem terminiem?
3. Kodola kodolspēki un to svarīgākās pazīmes.
4. Kāpēc kodola masa ir mazāka par to veidojošo nuklīdu masu summu?
5. Kādas vielas sauc par radioaktīvām?
6. Kas raksturo un parāda radioaktīvās sabrukšanas konstanti?
7. Definējiet vielas pussabrukšanas periodu.
8. Norādiet tilpuma, virsmas un īpatnējās aktivitātes mērvienības.
9. Galvenie radioaktīvo kodolu starojuma veidi un to parametri.