70. Правила смещения при альфа-распаде и бета-распаде.

Э. Резенфорд вместе с с английским радиохимиком Ф. Содди доказал, что радиоактивность сопровождается самопроизвольным превращением одного химического элемента в другой. Причем в результате радиоактивного излучения изменения претерпевают ядра атомов химических элементов.

ОБОЗНАЧЕНИЕ ЯДРА АТОМА

ИЗОТОПЫ

Среди радиоактивных элементов были обнаружены элементы, неразличимые химически, но разные по массе. Эти группы элементов были названы "изотопами" ("занимающими одно место в табл. Менделеева") . Ядра атомов изотопов одного и того же химического элемента различаются числом нейтронов. В настоящее время установлено, что все химические элементы имеют изотопы. В природе все без исключения химические элементы состоят из смеси нескольких изотопов, поэтому в таблице Менделеева атомные массы выражены дробными числами.

АЛЬФА - РАСПАД

-альфа-частица (ядро атома гелия) - характерен для радиоактивных элементов с порядковым номером больше 83 .- обязательно выполняется закон сохранения массового и зарядового числа. - часто сопровождается гамма-излучением.

Реакция альфа-распада:

При альфа-распаде одного химического элемента образуется другой химический элемент, который в таблице Менделеева расположен на 2 клетки ближе к её началу, чем исходный.

Физический смысл реакции:  в результате вылета альфа-частицы заряд ядра уменьшается на 2 элементарных заряда и образуется новый химический элемент.

Правило смещения:

При бета-распаде одного химического элемента образуется другой элемент, который расположен в таблице Менделеева в следующей клетке за исходным (на одну клетку ближе к концу таблицы).

БЕТА - РАСПАД

- бета-частица (электрон). - часто сопровождается гамма-излучением. - может сопровождаться образованием антинейтрино ( легких электрически нейтральных частиц, обладающих большой проникающей способностью). - обяэательно должен выполняться закон сохранения массового и зарядового числа.

Реакция бета-распада:

Физический смысл реакции:  нейтрон в ядре атома может превращаться в протон, электрон и антинейтрино, в результате ядро излучает электрон.

Правило смещения:

71) Закономерности и происхождение альфа- бета - и гамма-излучения, их взаимодействие с веществом.

Рассмотрим подробно α -, β – и γ - излучение атомных ядер. Известно более двухсот α - активных ядер, в основном это тяжёлые ядра ( ).В процессе α - распада из радиоактивного ядра испускается ядро гелия (α -частица), которое состоит из двух протонов и двух нейтронов.

α - распад возможен потому, что масса (энергия покоя) α - радиоактивного ядра больше суммы масс (суммарной энергии покоя) α - частицы и дочернего ядра, образующегося после α - распада. Избыток энергии исходного (материнского) ядра освобождается в виде кинетической энергии дочернего ядра и α - частицы. Кинетическая энергия α - частиц заключена в пределах от 4 до 8,8МэВ; скорости вылетающих α -частиц велики – от 1,4·10⁷ до 2·10⁷м/с. Кинетическая энергия α -частиц, испускаемых одним видом ядер имеет определенные значения. Дискретный спектр α - частиц означает, что атомные ядра обладают дискретными энергетическими уровнями.

Периоды полураспада α - излучателей изменяются в широком интервале (от 10⁷с до 2•10¹⁷ лет). Для α - распада характерна сильная зависимость между периодом полураспада и энергией вылетающей частицы. Эта зависимость определяется эмпирическим законом Гейгера - Нэттола:

, (14.1)

где А и В – эмпирические константы, - постоянная распада, R_α- пробег α - частицы в воздухе.

β^-- лучи - поток электронов, но ядро состоит из протонов и нейтронов. β^-- частица не является электроном из электронной оболочки ядра, т.к. удаление электрона из оболочки (ионизация атома) не изменяет химическую природу атомов. Вылет электронов из электронной оболочки сопровождается оптическим или рентгеновским излучением, которое не обнаружено при β^--распаде . При β^-- распаде массовое число не меняется, а заряд ядра повышается на единицу. Это значит, что при β^-- распаде общее число нуклонов постоянно, число протонов увеличивается на единицу, число нейтронов уменьшается на единицу. т.е. в ядре происходит превращение нейтрона в протон. За счет энергии, выделяющейся при этом, вне ядра возникает β^-- частица (электрон).

Такое объяснение β^-- распада не соответствует факту непрерывности энергетического спектра испускаемых электронов и несохранению спина (собственного механического момента) ядра.

Схема β^- - распада имеет вид: .

γ - излучение представляет собой коротковолновое ЭМ излучение.Оно всегда сопровождает α - и β -распады. γ - излучение возникает при распаде атомных ядер. Оно испускается дочерним ядром, которое в момент образования оказывается возбужденным, переход его в основное состояние сопровождается испусканием γ - кванта. Наличие групп γ - квантов с различными энергиями объясняется тем, что при возвращении в основное состояние возбужденное ядро проходит ряд промежуточных состояний. γ - спектр является линейчатым, что объясняется дискретностью энергетических состояний атомных ядер.

При прохождении γ - квантов через среду они испытывают три основные виды взаимодействия: фотоэффект, эффект Комптона и процесс образования электрон - позитронных пар. Фотоэффект происходит когда мягкие γ - кванты ( кэВ) поглощаются атомами тяжелых веществ, при этом испускается электрон одной из внутренних оболочек атома, получивший всю энергию γ - кванта (E_γ). Небольшая часть этой энергии (энергия связи электрона в атоме ε_e) идет на отрыв электрона, а остальная переходит в кинетическую энергию T_e.

_.

Эффект Комптона – процесс рассеяния γ - квантов на свободных электронах. γ - квант в процессе рассеяния изменяет направление своего движения и теряет часть энергии. Избыток энергии γ - кванта передается комптоновскому электрону.