Виды радиоактивного излучения а) Альфа-распад

Альфа - распадом называется испускание ядрами тяжелых химических элементов с массовыми числами А > 200 и зарядами ядер Z > 82 -частиц, образующихся в момент радиоактивного распада при встрече движущихся внутри ядра двух протонов и двух нейтронов. Заряд -частицы +2е, масса совпадает с массой ядра изотопа гелия .

Согласно закону сохранения массы и электрического заряда, правило смещения при  -распаде представляется в виде:

,

где - материнское ядро, - дочернее ядро.

Альфа-частицы, испускаемые ядром, обладают кинетическими энергиями от 4 до 8,8 МэВ, возникающими за счет избытка энергии покоя материнского ядра над суммарной энергией покоя дочернего ядра и -частицы. Энергетический спектр -частиц, обнаруживает «тонкую структуру», т.е. испускается несколько групп -частиц, причем в пределах каждой группы их энергии практически постоянны. Дискретный спектр -частиц свидетельствует о том, что атомные ядра обладают дискретными энергетическими уровнями.

Схема, представленная на рис. 3 поясняет возникновение тонкой структуры -излучения. Различные группы  - частиц возникают за счет того, что дочернее ядро может возникать в результате радиоактивного распада материнского ядра с энергией Е, как в основном состоянии E₀, так и в различных возбужденных состояниях Е_k (k=1, 2, 3, ...). При переходе дочернего ядра из возбужденного состояния в основное испускается -фотон.

П

Рис.3

окидая ядро, -частице приходится преодолевать потенциальный барьер, высота которого больше, чем полная энергия -частицы (рис.4). Внешняя, спадающая асимптотически к нулю сторона барьера обусловлена кулоновским отталкиванием. Внутренняя сторона барьера обусловлена ядерными силами.

Вылет -частицы из ядра возможен благодаря туннельному эффекту - всегда имеется вероятность, отличная от нуля, того, что частица с энергией меньшей высоты потенциального барьера, пройдет сквозь него, что обусловлено волновой природой частиц.

Зависимость между периодом полураспада T_½ и кинетической энергией Е вылетающих частиц определяется эмпирическим законом Гейгера - Нэттола, который обычно выражается в виде зависимости между длиной пробега L (предельным расстоянием, на котором обнаруживается ионизирующее действие -частицы) и постоянной радиоактивного распада :

ln = A + В ln L,

г

Рис. 4

де А и В – эмпирические константы.

Согласно этому закону, чем меньше период полураспада радиоактивного элемента, тем больше пробег, а следовательно, и энергия испускаемых им -частиц. Между пробегом L -частиц в воздухе и энергиями Е или их скоростями v существует приближенное эмпирическое соотношение:

,

где L - длина пробега -частицы в воздухе, выраженная в см, Е - энергия, в МэВ.

В воздухе при нормальном давлении пробег составляет несколько сантиметров. В более плотных веществах пробег -частиц гораздо короче, чем в газах, и составляет всего несколько сотых долей миллиметра.