6.3.2. Бета-распад

Бета-распад есть самопроизвольный процесс, в котором нестабильное ядро превращается в ядро-изобарили. Объясняется-распад превращением в радиоактивном ядре нейтрона в протон или протона в нейтрон.

Различают три вида -распада:

1. электронный  ^ - распад, в котором ядро испускает электрон, а поэтому зарядовое число дочернего ядра Z увеличивается на единицу;

2. позитронный  ⁺ - распад, в котором ядро испускает позитрон^ и его зарядовое число Z уменьшается на единицу;

3. электронный захват (К-захват), в котором ядро поглощает один из электронов электронной оболочки атома (обычно электрон поглощается из К-слоя), зарядовое число Z при этом уменьшается на единицу.

Очевидно, что для того, чтобы -распад был возможен, необходимо, чтобы масса материнского атома была больше суммы масс дочернего атома и -частицы. Разность масс этих атомов должна определять кинетическую энергию W₀ -частиц, образующихся при распаде. Т.е. -частицы должны иметь вполне определенное для каждого -радиоактивного элемента значение кинетической энергии. Эксперименты же показали, что лишь отдельные частицы обладают энергией, близкой к W₀, энергия большинства -частиц существенно меньше W₀. Кроме того, тщательные измерения импульса и момента импульса материнского и дочернего ядер и -частицы показали, что эти величины при -распаде также не сохраняются. Казалось бы, нарушаются фундаментальные законы физики  законы сохранения энергии, импульса и момента импульса.

Чтобы объяснить наблюдающийся парадокс, В.Паули в 1932 г. выдвинул гипотезу, позднее доказанную экспериментально, согласно которой при -распаде наряду с электроном вылетает еще какая-то неизвестная нейтральная частица, которая уносит с собой часть энергии, импульса и момента импульса. Эта частица выдающимся физиком Энрико Ферми, разработавшим в 1933 г. на основе гипотезы Паули теорию -распада, была названа нейтрино (т.е. маленькая, нейтральная). В своей теории Ферми потребовалось ввести гипотезу о существовании особого типа короткодействующих сил, которые и вызывают в ядре процессы превращения нейтрона в протон или протона в нейтрон с испусканием -частиц и нейтрино в обоих случаях. Соответствующие силы называются слабыми силами, а взаимодействие, осуществляемое под их действием  слабым взаимодействием. Позднее частица, появляющаяся в ^ - распаде вместе с электроном стала называться электронным антинейтрино (), а частица, появляющаяся при⁺ - распаде вместе с позитроном,  электронным нейтрино (). В дальнейшем были открыты другие типы нейтрино и антинейтрино таонные и мюонные.

В соответствии с вышеизложенным, схемы различных видов -распада выглядят следующим образом:

1. ^{для  - распада;}

2. ^{для + - распада;}

3. ^{для К-захвата.}

К-захват всегда сопровождается испусканием характеристического рентгеновского излучения, поскольку вакантное место в К-оболочке заполняется электронами с L-, M- и т.д. оболочек.

6.3.3. Гамма-излучение ядер

Гамма-излучение  это электромагнитное излучение. Его также можно представить как поток фотонов (квантов), обладающих очень большой энергией. Испускание ядром -излучения во многом напоминает испускание фотонов возбужденными атомами. Подобно атому, ядро может находиться в возбужденном состоянии. При переходе в состояние с более низкой энергией или основное состояние, ядро испускает фотон. Разрешенные энергетические уровни ядра разнесены по энергиям значительно сильнее, чем энергетические уровни атома: расстояние между соседними уровнями в ядре имеет порядок 10³10⁶ эВ, по сравнению с 10 эВ в атоме. Следовательно, энергии испускаемых -квантов могут меняться от единиц кэВ до МэВ. Спектр -излучения всегда дискретный, т.к. дискретны энергетические уровни самого ядра. Гамма-излучение не несет заряда, поэтому в процессе излучения -квантов не происходит превращения одного химического элемента в другой.

Переход ядра в возбужденное состояние может произойти, например, при неупругом столкновении с частицей, обладающей высокой кинетической энергией. Часто также дочернее ядро, возникающее в результате радиоактивного распада, оказывается в возбужденном состоянии. Так что чаще всего - и -распады сопровождаются -излучением.