Лекція № 5

Тема: - розпад, його види. - випромінювання.

План лекції:

1. - розпад, його види, правило зміщення і закон збереження імпульсу. Перетворення при - розпаді.

2. Розподіл - частинок за енергіями.

3. - випромінювання, його спектр, закони збереження енергії, імпульсу, моменту імпульсу і парності.

Література:

1. Лопатинський І.Є., Зачек І.Р., Ільчук Г.А., Романишин Б.М. Фізика – Львів. Афіша, 2009. – 386 c. – § 132.

2. Широков Ю.М. Юдин Н.П. Ядерная физика – М.: Наука, 1980 – 729 с. – C. 230-273.

Зміст лекції

1. - Розпад, його види, правило зміщення і закон збереження імпульсу. Перетворення при - розпаді.

- розпадом називається процес самочинного перетворення нестабільного ядра в ядро-ізобар із зарядом, який відмінний на , за рахунок випускання електрона (позитрона) або захоплення електрона.

Період піврозпаду - радіоактивних ядер змінюється від до років. Енергія - розпаду знаходиться в межах від (для ) до (для ).

- випромінювання відхиляється електричними і магнітними полями; його іонізуюча здатність значно менша (приблизно на два порядки), а проникна здатність значно більша (поглинається шаром алюмінію 2 мм), ніж у - частинок. - випромінювання – це потік швидких електронів.

Терміном - розпад називають три типи ядерних перетворень: електронний - розпад, позитронний - розпад, а також електронне захоплення ( або - захоплення).

Явище електронного - розпаду відбувається за правилом зміщення

і супроводжується випромінюванням елек­трона. Електрони, що випромінюються в процесі - розпаду, мають широкий спектр енергій від нуля до деякого максимального значення (рис. 1).

При розпаді кількість нуклонів в ядрі не змінюється. Однак, якщо з ядра випромінюється електрон, який має спін , то спін ядра повинен змінитися на . Таке неузгодження спіну ядра до і після розпаду, а також наявність суцільного енергетичного спектра випромінюваних електронів привели В. Паулі до гіпотези (1931 р.) про те, що при - розпаді разом з електроном випускається ще одна нейтральна частинка – нейтрино. Нейтрино має нульовий заряд, спін і нульову масу спокою. Нейтрино позначають .

Проте виявилось, що при - розпаді випускається не нейтрино, а антинейтрино, (античастинка за відношенням до нейтрино, яка позначається ).

Гіпотеза про існування нейтрино дала змогу Е. Фермі створити теорію - розпаду (1934), а через 20 років (1956 р.) нейтрино було виявлено експериментально. Такі довгі пошуки нейтрино пов’язані з відсутністю у цієї частинки заряду та маси спокою, а також тим, що іонізуюча здатність нейтрино надзвичайно мала (один акт іонізації припадає на пробіг 500 км в повітрі), а проникна здатність – дуже висока (пробіг нейтрино з енергією 1 МеВ в свинцю порядку м).

Для експериментального виявлення нейтрино використовували метод, який ґрунтується на тому, що в ядерних реакціях виконується закон збереження імпульсу.

Введення нейтрино дозволило пояснити не лише збереження спіна ядра, а й неперервність енергетичного спектра випромінюваних електронів. Суцільний спектр - частинок зумовлений розподілом енергії між електронами і антинейтрино, причому сума енергій обох частинок становить .

Оскільки при - розпаді кількість нуклонів в ядрі не змінюється, а Z збільшується на одиницю, то єдиний шлях, яким може відбуватись цей процес, це перетворення одного з нейтронів ядра в протон з одночасним утворенням електрона і антинейтрино:

.

Цей процес супроводжується виконанням законів збереження електричних зарядів, імпульсу і масових чисел.

Прикладом - розпаду може бути така реакція:

.

Явище - розпаду характерне ли­ше для штучно радіоактивних ядер і було вперше виявлено Фредериком та Ірен Жоліо-Кюрі при бомбардуванні різних ядер - частинками. Цей вид радіоактивного розпаду відбувається за таким правилом зміщення:

.

Прикладом - розпаду може бути така реакція перетворення азоту у вуглець :

.

Процес – розпаду проходить за такою схемою: один з протонів ядра перетворюється у нейтрон, випромінюючи при цьому позитрон і нейтрино:

.

Оскільки маса спокою протона мен­ша, ніж маса спокою нейтрона, то для віль­ного протона реакція відбуватися не може. Однак для протона, який знаходиться в яд­рі, внаслідок ядерної взаємодії частинок, ця реакція є енергетично можливою.

Позитрон – – частинка з масою спокою, яка точно дорівнює масі спокою електрона, спіном , і яка має додатний електричний заряд +е.

Позитрони можуть народжуватись при взаємодії - квантів великих енергій з речовиною. Цей процес відбувається за схемою

.

Для багатьох ядер перетворення протона в нейтрон, крім описаного вище процесу, може відбуватись через електрон­не захоплення, або е- захоплення (К-захоплення), при якому ядро спонтанно захоплює електрон з однієї із внутрішніх оболонок атома, ви­пускаючи нейтрино:

.

Необхідність появи нейтрино випливає із закону збереження спіна. Схема е-захоплення:

,

тобто один з протонів ядра перетворюється у нейтрон, заряд ядра зменшується на одиницю і воно зміщується вліво, так само, як і при позитронному розпаді.

Електронне захоплення супровод­жується характеристичним рентгенівським випромінюванням, що виникає при заповненні вакансій, які утворюються в елек­тронній оболонці атома. При е-захопленні, крім нейтрино, ніякі інші частинки не випромінюються. Прикладом електронного захоплення може служити перетворення радіоактивного ядра берилію у стабільне ядро літію:

.