Процессы распада
Три возможных способа спонтанного распада р/а ядер: альфа-распад, бета-распад или гамма-распад.
Зависимость числа нейтронов N от атомного числа Z
числоN Нейтронное 
Линия
стабиль- ности
Атомное число Z
Увеличенный участок линии стабильности
|
- стабильные |
|
|
ядра |
|
|
- обогащенные нейт- |
|
|
ронами нестабильные |
|
|
ядра (бета-распад с |
|
|
эмиссией электрона) |
|
|
- обогащенные |
|
|
протонами нестабильные |
|
|
ядра (первоначально |
|
|
бета-распад с эмиссией |
|
|
позитрона или с |
|
|
конкурентным процессом |
|
|
захвата электрона) |
|
|
- сильно обога- |
|
Бета (электронный) |
щенные протонами |
|
ядра (первоначально |
||
Стабильные |
||
альфа-распад) |
||
Бета (позитронный) |
||
|
||
или захват электрона |
|
|
Альфа |
|
|
|
21 |
Процессы распада
Общее правило для любого распада:
•равенство сумм массовых чисел A по обеим сторонам распада,
•равенство сумм атомных чисел Z по обеим сторонам распада.
22
Процессы распада
Aльфа-распад
Эмиссия aльфа-частицы 42 He - потеря ядром двух протонов и двух нейтронов.
материнское ядро |
дочернее ядро |
|
|
|
ZA X AZ--42Y 24 He |
Испускание aльфа-частицы при распаде урана 238U и радия 226Ra
23892 U 23490Th 42 He
22688 Ra 22286 Rn 42 He
23
Процессы распада
Aльфа-распад
Превращение ядра oдного элемента в ядро другого элемента - спонтанный распад.
Любой спонтанный распад: сохранение релятивистских энергии и импульса, характерных для изолированного материнского ядра.
|
Энергия распада Q |
|
|
|
||
|
Q M X MY M c2 |
|
|
скорость света в |
||
|
|
|
||||
масса |
|
|
|
|
вакууме |
|
|
|
|||||
|
|
масса альфа-частицы |
||||
материнского |
|
|
||||
масса |
||||||
ядра |
|
|
|
|||
дочернего |
|
|
|
|||
|
|
|
|
|||
|
ядра |
|
|
|
||
Проявление энергии распада Q
в виде кинетической энергии дочернего ядра и альфа-частицы.
24
Процессы распада
Aльфа-распад
Модель механизма альфа-распада Материнское ядро:
(1)альфа-частица, уже сформированная внутри ядра,
(2)дочернее ядро, появляющееся после испускания aльфа-частицы.
30 МэВ
5 МэВ
Зависимость потенциальной энергии от расстояния r
между aльфа-частицей и дочерним ядром.
R – граница
действия ядерных сил
Вид кривой - отражение комбинированного действия:
(1)кулоновской силы отталкивания (r > R) и
(2)ядерных сил притяжения (r < R).
1928 г.: Г. Гамов (1904-1968) - объяснение покидания альфа-частицей потенциальной ямы с использованием квантовой механики.
-40 МэВ
25
Процессы распада
Aльфа-распад
Использование альфа-распада в устройствах для обнаружения дыма. Детектор: ионизационная камера, чувствительный детектор и сирена.
Слабый р/а источник (обычно) 24195 Am
- ионизация воздуха и создание заряженных частиц в камере детектора.
Поддержка разности потенциалов между двумя пластинами внутри камеры - появление небольшого, но заметного тока ионов во внешнем контуре.
Сирена Бездействие сирены при протекании тока.
Детектор
тока
Источник
радиации
Ионы
Осаждение ионов на частицах дыма при его появлении.
Затрудненный дрейф тяжелых частиц по сравнению с легкими ионами - уменьшение тока в детекторе.
Фиксация уменьшение тока во внешнем контуре и активация сирены.
Процессы распада
Бета-распад
Содержание в дочернем ядре такого же числа нуклонов как и в материнском ядре,
измененне aтомного числа на 1. Изменение A и сохранение Z:
превращение либо нейтрона в протон, либо протона в нейтрон.
Отсутствие электрона или позитрона, эмитированных при бета-распадах, заранее в ядре.
Создание электрона или позитрона в процессе распада из энергии покоя распадающегося ядра.
27
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Процессы распада |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Бета-распад |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
A X |
|
A Y e |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Увеличение числа протонов на единицу |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
Z |
Z 1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
(уменьшение числа нейтронов на единицу). |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
Фундаментальный процесс e распада – превращение нейтрона в протон: |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
n p e |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
A |
|
|
A |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Число протонов уменьшается на единицу |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
Z X Z 1Y e |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
(число нейтронов увеличивается на единицу). |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
Фундаментальный процесс e+ распада – превращение протона в нейтрон: |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
p n e |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
Электронный захват: захват материнским ядром oдного |
|
|
|
|
A |
0 |
|
|
|
|
A |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
из орбитальных электронов с эмиссией нейтрино: |
|
|
|
|
Z |
X -1e Z 1Y |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
K-захват: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
74 Be -01e 73 Li |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
(захват электрона с K-оболочки) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
28
Процессы распада
Бета-распад
Бета-распад 14C - использование для определения возраста oрганических веществ.
Космические лучи -
иницирование ядерных реакций в верхних слоях атмосферы с образованием 14C.
Отношение 14C/12C в молекулах окиси углерода в атмосфере Земли постоянно и равно примерно 1,3 × 10-12.
В живых организмах отношение 14C/12C такое же.
Прекращение поглощения 14C из атмосферы после смерти организма – уменьшение отношения 14C/12C (период полураспада 14C = 5730 лет).
Появление возможности определить возраст вещества путем измерения активности содержащегося в нем 14C.
29
Процессы распада
Гамма-распад
Очень частое пребывание вещества в возбужденном энергетическом состоянии после радоактивного распада.
Возможность для ядра претерпеть вторичный распад и
перейти на низший (основной) энергетический уровень A X* A X
Z Z
с эмиссией высокоэнергетического фотона:
ZA X * - соответствие ядру в возбужденном состоянии.
30