Дәріс жоспары:
4.5. Бета ыдырау.
4.6. -ыдырау кезіндегі электрондардың энергетикалық спектрі және нейтрино рөлі.
4.7. -ыдырау кезіндегі энергетикалық қатынас.
4.8. Ядроның гамма-сәулеленуі.
4.9. Электрондардың ішкі конверсиясы.
4.5. Бета ыдырау.
Бета
ыдырау деп тұрақсыз ядроның изобара-ядроға
зарядпен ауысу процесін, бастапқыдан
өзгеше 
,
электрон шашыраумен жүретін(позитрон)
немесе атом қабықшасынан электрон
қабылдаумен жүретін процестерді атайды.
Ядро бір мезетте нейтрино немесе
антинейтрино бөле алады.
-активті
ядроның жартылай ыдырау периоды 
дейін 
жыл аралығында жатыр. Егер
-ыдырау
ауыр ядроларды қоспағанда барлығында
жүретінт болса, ал
-ыдырау
аз және көп мәнді
А
массалық саны бар ядроларға тән.
-ыдыраудың үш түрібар.
а)
–ыдырау,
ядродан электрон және антинейтрино (
)
ұшып шығады, ядро сол А
массалық санмен түзіледі, атомдық нөмірі
бірлікке артады 
:
ыдырау
мынадай айналу ережесіне бағынады:
.
– ыдыраудың қарапайым мысалы еркін нейтронның мына сызба бойынша ыдырауы болып табылады
Осы процесс негізінде ядро ішінде электрон туады.
б)
ыдырау,ядродан
позитрон және нейтрино ұшып шығады,
ал жаңа ядроның атомдық нөмірі бірлікке
кем болады
:
1932
ж. К.Андерсон ғарыштық сәуле құрамынан
позитронды анықтады. Тәжірибелер
көрсеткендей, позитрон
тыныш күйдегі массасы тыныш күйдегі
электрон массасына тең, спині
болатын электрлік заряды оң болатын
бөлшек.
Фредерик
және Ирен Жолио-Кюри, түрі ядроларды
α-бөлшектерімен жара отырып,
ыдыраудан
өтетін жасанды радиоактивті ядроны
тапты, ал
реакциялары
ыдырау
немесе позитронды ыдырауға төзетін
жасанды радиоактивті ядроны берді:
Сонымен, Жолио-Кюри тәжірибелерінде, бір жағынанғ жасанды радиоактивтілік ашылса, ал екінші жағынан, - алғаш реет позитронды радиоактивті ыдырау ышылды.
ыдырау келесі айналу ережесіне бағынады:
.
ыдырау процесі егер ядроның бір протоны нейтронға айналса, онда позитрон және нейтрино түзу арқылы өтеді:
Сонымен протон массасы нейтронға қарағанда аз болса, онда еркін протон үшін реакция қарастырылмайды. Дегенмен ядроға байланысты протон үшін ядролық әрекеттесу арқасында бұл реакция оказывается энергетикалық мүмкін.
в) β-ыдырау процестеріне сондай-ақ электронды ұстау поцесі де жатады, мұнда ядро атом қабықшасынан электрон ұстап алып, нейтрино бөледі:
.
К.Андерсон
тәжірибесінен
кейін,
сондай-ақ
ыдырау
негіздемесінен позитрондар жоғары
энергиялы γ-кванттарының әсерінен
заттармен түзілуі мүмкін деген қорытынды
жасала бастады (
МэВ =
)
. Бұл процесс мынадай схема бойынша
жүреді
Позитрондардың электрондармен әрекеттесуі кезінде олардың аннигиляциясы жүреді:
Оның процесінде электронды-позитронды жұп екі квантқа айналады, мұндағы жұп энергиясы фотон энегриясына ауысады. Екі кванттың пайда болуы импульс және энегрия сақталу заңына бағынады.
Ядродағы протондардың нейтрондарға айналуы электронда ұстау арқылы жүзеге асады, ядро кез келген сәтте атом қабықшасынан бір электронды ұстайды (К, L, M,…), нейтрино бөлінеді:
ұстаудың
мысалы берилийдің литийге айналуы болуы
мүмкін:
.
Жиі ұстау К-қабықшасында болғандықтант К-ұстау деп аталады, дегенмен ол басқа қабықшаларда да мүмкін. Мұнда ядро ішіндегі бір протон нейтронға айналады:
К-ұстау құбылысы рентген сәулеленумен сипатталады, бос орын (K, L) жоғары деңгейде орналасқан бір электронмен толығады.
–ыдырау
кезінде бастапқы ядро салмағына және
электрон салмағымен ядро-өнімнің
салмағының айырмасына тең энергия
босайды
Электрондар ядро құрамынан бөлінбейді, олар ыдырау кезінде туындайды. Егер -ыдырау таза ядролық күш пайда болуын көрсетсе, ал -ыдырау процестері әлсіз әрекеттесу деп аталатын негізгі күштерге негізделген.
4.6. -ыдырау мен электрондардың энергетикалық спектрі мен оның рөлі.
-ыдырау
кезінде туындайтын электрондардың
энергетикалық таралуын зерттегенде,
-ыдырау
процесінде электрондардың барлық
энергиясы 0-ден
-ке дейін болады, мұндағы
шамамен ядро салмағына тең
-спектрінің жоғары шегі деп аталады.
-спектрінің
энегретикалық типтік формасындағы
ауысу 1-суретте көрсетілген. Белгілі
бір энергияда интенсивтіліктің
максимумына жетеді, ал содан кейін
энергия артуымен электрондардың саны
монотонды төмендейді. Шашырайтын
электрондардың орташа энергиясы әдетте
максималды энергияның 1/3 жақын және
табиғи радиоактивті элементтер үшін
(
)
МэВ.
Электрондардың энергетикалық спектрінің үздіксіз сипаты өз кезегінде үлкен қиындықтармен байланысты. Таби ғи -ыдырауға ұқсас, -ыдырау моноэлектрлі электрондардың шашырауына алып келеді, энергиясы бастапқы және соңғы ядро салмағының айырмасына тең.
Егер
электрондармен энергия бөлігін алатын
тағы бір бөлшек ұшып шығады десек,
-ыдырау
кезінде энергия сақталу заңы орындалмайды.
-ыдырау
кезінде әрқашан да ядро қозған күйде
түзіледі және сондықтан үздіксіз спектр
бақыланады, сол секілді
-спектрі,
-ыдырау
кезінде үздіксіз болуы керек, дегенмен
олай емес.
-сәулелерінің
спектрі дискретті. Бұдан бөлек, кейде
-ыдырау
-сәулеленусіз
жүреді, яғни ыдырау бастапқы ядроның
қалыпты күйінен ядро-өнімнің қалыпты
күйіне дейін болады.
-ыдырау импульс моментінің сақталу заңымен де екінші бөлшек ұшып шығуы туралы келіспейді. Егер, мысалы, нейтрон тек протон мен электронға ыдыраса:
,
Онда барлық бөлшектердің спині оң жақтағы бөлшектер спинінің жартысына ½ тең, ал сол жақ жартысында ыдыраудың бұл типі импульс моментінің сақталу заңына қайшы келеді.
Бұл
энергия мен спиннің сақталу заңына
сәйкессіздік 1931 жылы ұсынылған Паули
гипотезасымен алынады, -ыдырау
кезінде тағы бір бөлшек – бейтарап –
салмағы нөлге жақынспині жартысына тең
бөлшек түзіледі. Ферми оны нейтрино деп
атады (нейтрино – италянша «нейтрончик»
дегенді білдіреді). -ыдырау
кезінде нейтрон бөлшегінің ыдырауы
салдарынан, антинейтриноны да қарастыра
бастады -
.
Осы
гипотезаға сай,
энергиясы,
әрбір ыдырау актісінде бөлінеді, әр
түрлі электрондар мен нейтрино арасында
таралады.
Сонымен, нейтронға ыдырау реакциясы мынадай түрде жүрсе
,
Онда энергия сақталу, қозғалыс саны моментінің сақталу заңы да орындалады.
Электр заряды болмауы және нейтрино затымен әсердің әлсіздігінің арқасында көп жылдар бойы мүмкін емес болған, олардың барлығы туралы түсінік, жанама сипатта болды. Тек 1955-1956 жж. Бұл бөлшектерді бос күйде алу мүмкін болды.
4.7. -ыдырау кезіндегі энергетикалық қатынас.
-ыдырау үшін ыдырау жағдайы мен сақталу заңдарын, қаншалықты нейтрино салмағы нөлге тең немесе жақын болса да ескермей теңдеуін жазамыз.
1. Электронды ыдырау. –ыдырау мына теңсіздікті сақатғанда ғана энергетичкалық мүмкін болады
,
(1)
Мұндағы
-
электрон қабығынан айырылған бастапқы
ядро салмағы, ал 
- соңғы ядро салмағы.
Атомдардың толық салмағын электрон қабығымен қосажазған ыңғайлы, сол сияқты әдетте тәжірибе жолымен Удобнее записать это условие для полных масс атомов вместе с электронными оболочками, так как обычно опытным путем определяются и приводятся в таблицах именно их знания.
Ядро самағы атом салмағымен (Мат)z мынадай қатынаста:
,
(2)
.
(2) Теңдеуді (1) теңсіздігінің орнына қойсақ, β – ыдырауды мына түрде аламыз:
.
Басқаша айтқанда,егер алдыңғы изобар өзінің оң жағындағы көршісінен ауырлау болса –ыдырау мүмкін (Менделеев кестесі бойынша). Бастапқы және соңғы атомдар салмағының айырмасы электрон мен нейтриноның кинетикалық энергиясына ауысуы керек
.
Энергия және импульстің сақталу заңы бойынша –ыдырау
.
2. Позитронды немесе ыдырау. Ядроның лезде ыдырауының энергетикалық жағдайы ядро салмағы арқылы жазылады
Немесе атом салмағы бірлігінде:
.
Бөлінетін энергия бұл жағдайда тең
.
Энергия және импульстің сақталу заңы - ыдырау кезінде сол күйінде қала береді.
3. Электрондық қармау. Ядродан бұл тек қана бір бөлшек – нейтрино ұшып шығады. Электроннды ұстау энергетикалық мүмкін болады, егер ядролардың салмағында мына қатынас орындалса
Немесе атом салмағы бірлігінде
.
К- ұстау кезіндегі энергия тең
.
Электронды ұстау үшін энергия және импульс сақталу заңы қабықшадағы электрон импульсы нөлге тең болса, онды мынадай түрде жазылады
,
.
ыдырау және электронды ұстау бастапқыдан саны бірлікке кем сол ядрода протондардың түзілуіне алып келеді, сондықтан олар жиі бір изобарада кездеседі. К-ұстау ұсталатын электрон ядродан алшақ орналасқандықтан қиын жүреді (10-8 см). Сондықтан ол қабықшалары ядроға жақын орналасқан ауыр ядроларда ықтимал (уақыттың бір бөлігінде электрондар ядрода болады деп санауға болады).