25. Бета-распад. Энергетические условия. Энергетические спектры.

• это самопроизвольный процесс, при котором исходное ядро с тем же массовым числом А, но с зарядовым числом Z, отличающимся на ±1

• Период полураспада варьируется от 10^-2 секунд до 2*10⁵ лет

• Энергетические рамки бета распада лежат в пределах 18кэВ – 16,6 МэВ.

• Выделяют 3 вида бета-распада:

  • Электронный бета-распад. Ядро испускает электрон и его зарядовое число становится равным Z+1.

  • Позитронный бета⁺-распад. Ядро испускает позитрон и его зарядовое число становится равным Z-1.

  • К-захват (электронный захват) - захват ядром электрона из электронной оболочки собственного атома и его зарядовое число становится равным Z-1. Сопровождается характеристическим рентгеновским излучением.

• Общее свойство бета-спектров в том, что есть предельный максимум испускаемых бета-частиц (кинетическая энергия электронов равна энергии реакции бета-распадов) и электроны с меньшими энергиями.

25. Гамма-излучения и запаздывающие нуклоны

• Гамма-излучения – это гамма-кванты, излучаемые ядром после альфа-, бета-распада. Так же гамма-кванты сопровождают процесс спонтанного деления ядер.

• Энергия гамма-квантов находится в пределах от 10кэВ до 8 МэВ.

• Гамма-кванты уносят энергию возбуждения ядра, вследствие чего спектр энергий гамма-квантов дискретен, так же как и энергетические уровни ядра.

• В процессе бета-распада дочернее ядро в возбужденном состоянии может испускать не гамма-квант, а нуклон. Вылетающие нуклоны называются запаздывающими.

25. Гамма-излучение ядер (29). Оже-электроны и электроны внутренней конверсии.

Электроны Оже – это электроны, вылетающие из атомной оболочки, при передаче возбужденным ядром энергии электронам внутренней оболочки атома. Чаще всего происходит при возбуждении ядра под воздействием гамма-кванта.

Электроны внутренней конверсии – это физическое явление, при котором возбужденное ядро передает свою энергию электрону атомной оболочки, вследствие чего электрон покидает атом с энергией, равной разнице между энергией возбуждения ядра и энергией, необходимой электрону для выхода с оболочки ядра.

25. Модели атомных ядер

• Модель Ферми-газа. В этой модели рассматривается движение невзаимодействующих друг с другом нуклонов в области объемом V, в пределах которой потенциал считается постоянным.

• Капельная модель. В этой модели ядро рассматривается как сферическая капля несжимаемой заряженной ядерной жидкости радиуса R = r₀A^1/3.

• Оболочечная модель. В модели оболочек предполагается, что нуклоны движутся независимо друг от друга в сферически-симметричной потенциальной яме. Собственные состояния нуклона в такой яме находят, решая соответствующее уравнение Шредингера.

• Коллективные модели ядра. Эта модель поясняет, как образуются вращательные уровни энергии в четно-четных ядрах, имеющих фиксированную форму сфероида вращения.

• Обобщенная модель ядра. В рассматриваемой модели учитываются два типа ядерных движений: коллективное вращение ядра относительно внешней системы координат (x, y, z), обусловленное его деформацией, и одночастичное движение нуклонов относительно внутренней, вращающейся системы координат в деформированной потенциальной яме.

• Гидродинамические модели. В этой модели ядро − гидродинамическая система, которую можно описать, введя уравнение состояния, плотность энергии, температуру, энтропию и другие гидродинамические характеристики ядерной материи.

25. Капельная модель

• описывает взаимодействие нуклонов в ядре, по аналогии с взаимодействием молекул в капле жидкости.

Согласно этой теории, атомное ядро можно представить в виде сферической равномерно заряженной капли радиуса R=r₀A^1/3 из особой ядерной материи. В связи с чем на такое ядро-каплю можно распространить некоторые свойства капли жидкости, например поверхностное натяжение, дробление капли на более мелкие (деление ядер), слияние мелких капель в одну большую (синтез ядер). С ее помощью удалось получить полуэмпирическую формулу для энергии связи ядра (Вайцзекера).

25. Энергия связи в капельной модели (формула Вайцзекера, см. 25)

26. Модель ядерных оболочек

• В модели оболочек предполагается, что нуклоны движутся независимо друг от друга в сферически-симметричной потенциальной яме.

• Согласно этой модели, каждый нуклон находится в ядре в определённом индивидуальном квантовом состоянии, характеризуемом энергией, моментом вращения и орбитальным моментом вращения l.

• Энергия уровня не зависит от проекции момента вращения на внешнюю ось. Поэтому в соответствии с принципом Паули на каждом энергетическом уровне с моментами j, l может находиться (2j + 1) тождественных нуклонов, образующих «оболочку».

• Полный момент вращения заполненной оболочки равен нулю.

25. Обобщенная модель ядра

Модель рассматривает заполненную нуклонную оболочку ядра как остов, и в ее поле вращается дополнительный нуклон. Модель используется для описания деформированных атомных ядер, которые могут быть вытянутыми или сплюснутыми относительно оси симметрии ядра. Ось симметрии ядра, как правило, совпадает с направлением суммарного спина ядра. О деформации ядра можно судить по величине квадрупольного электрического момента ядра (если больше нуля – вытянутый эллипсоид, меньше - сплюснутый).

25. Виды ионизирующих излучений

Ионизирующее излучение – это различные виды микрочастиц и физических полей, способных ионизировать вещество.

• Коротковолновое электромагнитное излучение (поток фотонов высоких энергий):

  • рентгеновское излучение;

  • гамма-излучение.

• Потоки частиц:

  • бета-частиц (электронов и позитронов);

  • альфа-частиц (ядер атома гелия-4);

  • нейтронов;

  • протонов, других ионов, мюонов и др.;

  • осколков деления (тяжёлых ионов, возникающих при делении ядер).

25. Общие закономерности взаимодействия ионизирующего излучения с веществом

При прохождении через вещество потока заряженных частиц и гамма - квантов происходит их взаимодействие с частицами вещества.

По механизму прохождения частиц через вещество частицы можно разбить на следующие три группы: 1) тяжелые частицы; 2) легкие заряженные частицы и 3) гамма - кванты.

Действие ионизирующих излучений на вещество в общих чертах состоит из следующих процессов:

• Налетающие частицы, сталкиваясь с электронами, выбивают их, производя в веществе ионизацию (иногда возбуждение) атомов;

• Налетающие частицы достаточно высоких энергий при неупругом ядерном столкновении с ядрами могут частично разрушать ядра, например, выбивая из них протоны и нейтроны. Это ведет к появлению в веществе новых изотопов, в том числе новых элементов;

• При выбивании электронов могут разрушаться, или наоборот, возникать различные химические связи, что приводит к изменению химической структуры вещества;

• При упругих столкновениях налетающих частиц с ядрами в решетке образуются различного рода дефекты, влияющие на физические свойства кристаллов.