Пример

Рассчитать кинетическую энергию ядра отдачи при переходе в ядре 12С из первого возбужденного состояния с энергией 4,43 МэВ в основное состояние.

Законы сохранения в системе покоя возбужденного ядра имеют вид

Mc2 (12 C* ) = Mc2 (12 C) +TC + Eγ ;

pC = pγ = Eγ / c ;

Поскольку второй член (энергия отдачи) в последнем уравнении на несколько порядков меньше первого,

Пример

Рассчитать ширину Г линии спектра γ-квантов, излучаемых ядром 12С при

переходе из первого возбужденного состояния в основное состояние. Время жизни этого состояния составляет 6 ×10-14 с.

Резонансноепоглощение γ-квантов

1958 г.

Р. Мессбауэр открыл явление ядерного резонанса без отдачи (эффект Мессбауэра)

Rudolf Mössbauer

Нобелевская премия по физике

1961 г. – Р. Мессбауэр

За исследования в области резонансного поглощения гамма-излучения и открытия в этой связи эффекта, носящего его имя.

Внутренняя

конверсия γ-квантов

Внутренняяконверсия

К − электрон

виртуальный фотон

ядро

Ядро, находящееся в возбужденном состоянии, может перейти в основное состояние не только путем испускания γ-кванта, но и посредством передачи

энергии возбуждения одному из электронов атомной оболочки. Такой процесс носит название внутренней конверсии и фотон, участвующий в нем, является виртуальным. Внутренняя конверсия — процесс, конкурирующий с γ-излучением. В процессе

внутренней конверсии испускается электрон, энергия которого Ee равна энергии E ядерного возбуждения, уменьшенной на энергию связи электрона ε в

атомной оболочке:

Ее = Е − ε.

Моноэнергетичность вылетающих при внутренней конверсии электронов позволяет отличить их от электронов β-распада, спектр которых непрерывен.

Помимо конверсионных электронов, при внутренней конверсии наблюдаются еще и кванты рентгеновского излучения, возникающие при переходе одного из наружных электронов на уровень K- или L-оболочки, освобожденный вылетевшим из атома электроном.

0−0-переходы

Роль виртуальных квантов проявляется в 0−0-переходах. Явление 0−0-перехода возникает в

том случае, когда основной и первый возбужденный уровни ядра имеют спин 0. Такая ситуация имеет место, например, в ядре 3272Ge, в котором основной и

первый возбужденный уровни имеют характеристики 0+. Если ядро оказывается в первом возбуждённом состоянии, оно не может перейти в основное состояние путём испускания γ-кванта, так как

реального фотона E0 с нулевым моментом не существует. Но оказывается, что виртуальный E0-квант с нулевым моментом и положительной четностью может существовать. И этот квант действительно обеспечивает снятие возбуждения ядра путем внутренней конверсии.

е - захват

e-захват

Явление е-захвата — захват ядром электрона из электронной оболочки собственного атома.

В случае захвата ядром орбитального электрона в конечном состоянии образуются две частицы — конечное ядро и нейтрино. Так как это двухчастичный распад распределение энергий между ними является однозначным. Практически вся она уносится нейтрино. Таким образом, спектр нейтрино при e-захвате при фиксированных состояниях начального и конечного ядра будет монохроматическим в отличие от β-распада. В e-захвате участвуют

главным образом электроны ближайших к ядру оболочек (прежде всего К-оболочки). Так как вероятность взаимодействия с ядром наибольшая для электронов, расположенных на ближайших к ядру оболочках, вероятность захвата с К-оболочки будет максимальной. е-захват всегда сопровождается рентгеновским излучением, которое возникает в результате переходов электронов внешних оболочек на вакансию, образовавшуюся в результате захвата электронов с К- и L-оболочек.

е-захват имеет существенное значение в тяжелых ядрах, в которых К- и L-оболочки расположены близко к ядру.

Запаздывающие

частицы

запаздывающих нейтронов. Практически сразу же после открытия деления ядер было обнаружено, что небольшая часть нейтронов испускается не в момент деления, а с запаздыванием примерно в 1 минуту. Исследования показали, что запаздывающие нейтроны делятся на несколько групп с периодами полураспада 55, 23.5, 0.4 и 0.2 с. Н. Бор и Дж. Уилер следующим образом интерпретировали явление испускания запаздывающих

нейтронов. β− -распад ядер-продуктов деления приводит

к образованию дочерних ядер в возбужденных состояниях с энергией больше энергии отделения нейтрона. Распад этих состояний может происходить с эмиссией нейтронов.

Запаздывающие протоны

Уменьшение энергии отделения протона при продвижении в область протоноизбыточных изотопов делает возможным радиоактивные распады с испусканием запаздывающих протонов. Исходное ядро

протона.

Из-за необходимости преодолевать кулоновский барьер вероятность испускания протона сильно зависит

от его энергии. При небольших энергиях протонов Ер

радиационная ширина уровня, обусловленная испусканием γ-кванта, Γγ превышает протонную ширину Γр (Γγ > Γр) и возбужденное ядро будет переходить в основное состояние путем испускания γ-квантов.

Пример. Запаздывающиепротоны 21Na

Одним из ядер, испускающих запаздывающие протоны, является изотоп 21Na.

Изотоп 21Mg образуется в результате реакции

1020Ne + 23He → 1221Mg + 2n

Ядро 21Mg в результате β+-распада превращается в изотоп 21Na:

1221Mg → 1121Na + e+ + νе ( t12 = 0.12 c).

В том случае, когда ядро 21Na образуется в состояниях с энергией меньше 2.5 МэВ, в нем происходят γ-переходы в

основное состояние. Однако если энергия возбуждения ядра 21Na превышает 2.5 МэВ, ядро 21Na может, испустив протон,

превратиться в устойчивый изотоп 20Ne:

21Na → 20Ne + p.

Испускание протона происходит практически мгновенно, после

β+-распада ядра 21Mg.

Кластерная

радиоактивность

Кластернаярадиоактивность

В 1984 году был обнаружен радиоактивный распад 223Ra с вылетом ядер 14C.

223Ra 14C + 209Pb + Q(31.85 МэВ).

Из экспериментов следовало, что вероятность испускания ядер 14C почти на 10 порядков меньше вероятности испускания α-частиц. Ядра 14C детектировались ∆E − E телескопом полупроводниковых детекторов, что позволило надежно отделить случаи многократных

наложений α-частиц и дискриминировать ядра 14C по их заряду и массе.

Решающим фактором, который привел к открытию кластерной радиоактивности, был выбор распадающегося ядра. Выигрыш в энергии распада для ядер близких к магическим

испусканием ядер 14C наблюдалось испускание ядер 24Ne, 28Mg, 32Si.

Пример.

Распадыядервобластиграницы

протоннойстабильности

Излучатель запаздывающих частиц 43V образуется после

β+-распада изотопа 43Cr. Наряду с

испусканием одного и двух запаздывающих протонов на состояния конечных ядер 42Ti и 41Sc наблюдается испускание запаздывающих α-частиц с

образованием ядер 39Sc, которые

всвою очередь испускают

протоны и превращаются в ядра 38Ca.