43. Энергия бета-распада. Свойства дочерних ядер

Энергии β-частиц измеряется по величине их отклонения при движении в постоянном магнитном поле с помощью специальных приборов, называемых магнитными β-спектрометрами -подобен масс-спектрометру.

При β-распаде выд. энергия, равная разности массы первоначальной системы и массы и конечной:

= M(A,Z) - M(A,Z+1) - m_β > 0, = M_ат(A,Z) - M_ат(A,Z-1) - 2m_e > 0, Е_Е =M_ат(A,Z) - M_ат(A,Z-1) - ε_е > 0

прибавив и вычесть Zm_e можно выразить через массы атомов:

= M_ат(A,Z) - M_ат(A,Z+1) > 0, = M_ат(A,Z) - M_ат(A,Z-1) - 2m_e > 0, Е_Е =M_ат(A,Z) - M_ат(A,Z-1) - ε_е > 0.

Положительная величина энергии распада является необходимым энергетическим условием его возможности.

Позитронный (b⁺ - распад) -дочернее ядро получает заряд на единицу меньший, чем материнское, так как в ядре увеличивается на единицу число нейтронов из-за уменьшения на единицу числа протонов

E-захват дочернее ядро получает заряд на единицу меньше, чем материнское

Электронный (β^-- распад): дочернее ядро получает заряд на единицу больший, чем материнское, так как в ядре уменьшается число нейтронов на единицу за счет увеличения на единицу числа протонов.

44. Применение капельной (правилами отбора по четности и спину)

Вероятность -распада определяется т.н. правилами отбора по четности и спину. Они заключаются в следующем. 1) Если четности материнского Р_м и дочернего Р_д ядер совпадают, т.е., если Р_м·Р_д = +1, то такие -переходы имеют наибольшую вероятность (разрешены на языке квантовой механики). 2) Полный момент импульса, уносимый обеими частицами при -распаде, равен L = s_β + s_ν + l_β + l_ν, где s и l – спин и орбитальный момент соответствующих частиц. Испускание -частицы и нейтрино с l > 0 крайне маловероятно (запрещено на языке квантовой механики), и разрешенными являются переходы с l = 0.

а) β-Частица и нейтрино испускаются с противоположно направленными спинами, так что полный момент, уносимый обеими частицами, равен нулю и спин ядра не изменяется, т.е. ΔI = 0. Такие переходы называются фермиевскими, а соответствующие правила отбора Р_м·Р_д = +1; l = 0; ΔI = 0 - называются правилами отбора Ферми.

б) β-Частица и нейтрино испускаются с одинаково направленными спинами, Возможные изменения спина ядра составят ΔI = 0, ±1. получим правила отбора Гамова-Теллер аР_м·Р_д = +1; l = 0; ΔI = 0, ±1.

Еще раз отметим, что для 0 - 0 переходов гамов-теллеровские переходы строго запрещены, т.е. не могут быть выполнены ни при каких условиях.

Поэтому вероятность непосредственно -распада и образования дочернего ядра в том или ином энергетическом состоянии очень сильно зависит от четности и разности спинов исходного и конечного состояний ядер.

45. Энергетические спектры бета-частиц. Нейтрино и его свойства

И змерения показали, что в процессе β-распада одинаковых ядер испускаются β-частицы всех энергий от нуля и до энергии (T_β)_max, называемой верхней границей β-спектра, и приблизительно равной Е_β из (Н-К). Таким образом, в отличие от линейчатых спектров α-частиц энергетический спектр β-частиц является сплошным, если не делать никаких предположений, то испускаемые β-частицы должны иметь, как и α-частицы, строго определенную и равную (T_β)_max энергию, определяемую энергетическим выходом распада. Но в спектре имеются b-частицы с любой меньшей .Эти длягипотезы (Паули, 1931 г.) о возникновении в β-распадных процессах электрически нейтральной частицы с массой покоя, близкой к нулю, и со спином, равным 1/2. Эта частица, впоследствии названная нейтрино, и должна уносить большую часть (~ (2/3)·(T_e)_max) энергии распада. Помимо закона сохранения энергии, существует еще один важный аргумент, с необходимостью приводящий к гипотезе нейтрино – закон сохранения спина. Таким образом, при β-распаде, в отличие от α-распада, из ядра вылетают не одна, а две частицы. В каждом акте β-распада распределение энергии распада между β-частицей и нейтрино может быть любым, т.е. кинетическая энергия электрона может иметь любое значение от нуля и до (T_β)_max. Для очень большого числа распадов получается уже не случайное, а вполне закономерное распределение β-частиц по энергиям, называемое β-спектром.

Нейтрино практически не взаимодействуют с веществом и его длина свободного пробега (расстояние до первого взаимодействия) в твердом веществе равна примерно 10¹⁶ км, что делает чрезвычайно сложным их регистрацию. фактически единственно доступным для регистрации остается только β-спектр. массы покоя нейтрино и антинейтрино, m_ν не превышает 18 эВ (m_ν << m_e).