1.3. Альфа-распады, бета-распады и гамма-излучения радиоактивных ядер

Бета-распад объединяет три вида ядерных превращений: электронный (β−)

и позитронный (β+) распады, а также электронный захват или К-захват. Первые два вида превращений состоят в том, что ядро испускает электрон и антинейтрино (при β−– распаде) или позитрон и нейтрино (при β+– распаде). Элек-

трон (позитрон) и антинейтрино (нейтрино) не существуют в атомных ядрах. Эти процессы происходят путем превращения одного вида нуклона в ядре в другой – нейтрона в протон или протона в нейтрон. Результатом указанных превращений являются β-распады, схемы которых имеют вид:

где −1e0 и +1e0 – обозначение электрона и позитрона,

0 ν0 и 0 ~ν0 – обозначение нейтрино и антинейтрино.

При отрицательном бета-распаде зарядовое число радионуклида увеличивается на единицу, а при положительном бета-распаде – уменьшается на единицу.

Электронный распад (β−– распад) могут испытывать как естественные, так и искусственные радионуклиды. Именно этот вид распада характерен для подавляющего числа экологически наиболее опасных радионуклидов, попавших в окружающую среду в результате Чернобыльской аварии. В их числе

13455Cs,13755Cs,9038Sr,13153I и др.

Позитронный распад (β+– распад) свойственен преимущественно искусственным радионуклидам.

Поскольку при β-распаде из ядра вылетают две частицы, а распределение

между ними общей энергии происходит статистически, то спектр энергии электронов (позитронов) является непрерывным от нуля до максимальной величины Emax называемой верхней границей бета-спектра. Для бета-радиоактивных ядер величина Emax заключена в области энергии от 15 кэВ до 15 МэВ. Длина пробега бета-частицы в воздухе до 20 м, а в биологической ткани до 1,5 см.

Бета-распад обычно сопровождается испусканием гамма-лучей. Причина их возникновения та же, что и в случае альфа-распада: дочернее ядро возникает не только в основном (стабильном), но и в возбужденном состоянии. Переходя затем в состояние меньшей энергии, ядро испускает гамма-фотон.

При электронном захвате происходит превращение одного из протонов ядра в нейтрон:

1p1+−1e0 →0 n1+0ν0 .

При таком превращении исчезает один из ближайших к ядру электронов (электрон К-слоя атома). Протон, превращаясь в нейтрон, как бы «захватывает» электрон. Отсюда произошел термин «электронный захват». Особенностью

14

этого вида β-распада является вылет из ядра одной частицы – нейтрино. Схема электронного захвата имеет вид

AmZ X+−1e0 →AmZ−1Y+0ν0 . (1.16)

Электронный захват в отличие от β±-распадов всегда сопровождается ха-

рактеристическим рентгеновским излучением. Последнее возникает при переходе более удаленного от ядра электрона на появляющееся вакантное место в

К-слое. Длина волн рентгеновских лучей в диапазоне от 10 −7 до 10 −11 м. Таким образом, при бета-распаде сохраняется массовое число ядра, а его

заряд изменяется на единицу. Периоды полураспада бета-радиоактивных ядер

лежат в широком интервале времен от 10 −2 с до 2 1015 лет.

К настоящему времени известно около 900 бета-радиоактивных изотопов. Из них только около 20 являются естественными, остальные получены искусственным путем. Подавляющее большинство этих изотопов испытывают

β−-распад, т.е. с испусканием электронов.

Все виды радиоактивного распада сопровождаются гамма-излучением. Гамма-лучи – коротковолновое электромагнитное излучение, которое не относится к самостоятельному виду радиоактивности. Экспериментально установлено, что гамма-лучи испускаются дочерним ядром при переходах ядер из возбужденных энергетических состояний в основное или менее возбужденное. Энергия гамма-лучей равна разности энергий начального и конечного энергетических уровней ядра. Длина волны гамма-лучей не превышает 0,2 нанометра.

Процесс гамма-излучения не является самостоятельным типом радиоактивности, так как он происходит без изменения Z и Am ядра.

Контрольные вопросы:

1.Что понимают под массовым и зарядовым числами в периодической системе Менделеева?

2.Понятие «изотопы» и «изобары». В чем различие этих терминов?

3.Ядерные силы ядра и важнейшие их особенности.

4.Почему масса ядра меньше суммы масс составляющих его нуклидов?

5.Какие вещества называются радиоактивными?

6.Что характеризует и показывает постоянная радиоактивного распада?

7.Дайте определение периода полураспада вещества.

8.Перечислите единицы измерения объемной, поверхностной и удельной активности.

9.Основные виды излучений радиоактивных ядер и их параметры.

15