3. Излучение нейтронов

В тех случаях, когда энергия β-распада Eβ превышает энергию связи нейтрона (En ), протона (Ep ) или α-частицы (Eα ), в дочернем ядре – продукте распада, возникает возможность сложного радиоактивного превращения: ядро – продукт β-распада – образуется в сверх-возбуждённом состоянии (Eпромеж>En , Ep или Eα ) и выбрасывает «запаздывающий» нейтрон, протон или α-частицу.

Пример испускания запаздывающих нейтронов:

(8)

где n - нейтрон, N - азот, O - кислород

Бета-распад может приводить к образованию ядер в возбужденных состояниях с энергией больше энергии отделения нейтрона. Распад этих состояний может происходить с испусканием нейтронов.

Поскольку нейтрон не имеет электрического заряда, то для него нет кулоновского барьера. Поэтому говорить о нейтронной радиоактивности с измеримым временем жизни можно только в двух случаях: либо, когда сколько-нибудь существенную роль играет центробежный барьер, то есть вылетающий нейтрон уносит отличный от нуля орбитальный момент l ≠ 0, либо, когда нейтрон испускается после β--распада (запаздывающая нейтронная радиоактивность).

В настоящее время известно свыше 150 ядер-излучателей запаздывающих нейтронов.

4. Протонная радиоактивность

В 1962 году в Объединенном институте ядерных исследований в Дубне была открыта так называемая запаздывающая протонная радиоактивность, когда протон вылетал из возбужденного ядра, образовавшегося после испускания ядром позитрона.

В 1970 году был сделан следующий шаг — зафиксирована протонная радиоактивность ядерных изомеров, то есть ядер с длительным временем жизни в возбужденном состоянии.

Наконец, в 1981 году физики из ФРГ наблюдали испускание протона ядром, находящимся в состоянии с минимальной возможной энергией, или, как принято говорить, в основном состоянии.

Протонный распад «разрешен» только ядрам, у которых число нейтронов значительно меньше, чем у самого легкого стабильного изотопа данного элемента. Такие ядра называют нейтронодефицитными. Например, у ¹¹⁸Cs, излучателя запаздывающих протонов, на 15 нейтронов меньше, чем у стабильного изотопа ¹³³Cs.

Протонный распад из основного состояния испытывают ядра с еще большим дефицитом нейтронов, а их получить нелегко. Ученые пошли по такому пути. Пучок ионов никеля, ускоренных в мощном ускорителе, направлялся на мишень из рутения или молибдена. Ядра никеля, сливаясь с ядрами мишеней, превращались в нейтронодефицитные изотопы лютеция или тулия, которые и испытывали потом протонный распад:

(9)

(10)

Измерения показали, что при превращении лютеция в иттербий:

(11)

энергия протонов равна 1,22 Мэв, а его период полураспада равен 85± 10 мс. Для изотопа тулия эти величины равны 1,04 МэВ и 420±100 мс соответственно.

При большом избытке протонов в нейтронодефицитном ядре может оказаться, что последний протон не способны удерживать ядерные силы внутри ядра.

Выводы

Явление радиоактивности широко используется в науке, технике, медицине, промышленности. Рентгеновские лучи и радиоактивные изотопы используются в медицинских исследованиях. Однако сразу же стало ясно, что радиация является потенциально опасным источником для живых организмов. В больших объёмах искусственные радионуклиды образуются в качестве побочного продукта на предприятиях оборонной промышленности и атомной энергетики. Попадая в окружающую среду, они оказывают негативное воздействие на живые организмы. Для правильной оценки радиационной опасности необходимо чёткое представление о масштабах загрязнения окружающей среды, о реальных механизмах действия радиации, последствиях и существующих мерах защиты.

В работе были рассмотрены: альфа-, бета-, протонная и излучение нейтронов.