Пильчиков микола дмитрович

(1857-1908)

Провів перші в Україні дослідження з радіоактивності.

§132. Закономірності радіоактивного випромінювання атомних ядер Альфа - розпад

- розпадом називається випускання ядрами деяких хімічних елементів - частинок.

Альфа-випромінювання відхиляється електричними і магнітними полями, має високу іонізуючу здатність і малу проникну здатність (поглинається шаром алюмінію завтовшки ~0,05 мм).- випромінювання – це потік іонізованих атомів гелію. Заряд- частинки дорівнює+2е, а маса рівна масі ядра ізотопа гелію.

Відомо більше ніж дві сотні - активних ядер, в основному важких елементів. Лише невелика група- активних ядер знаходиться в області з масовими числамиА=140-160(рідкісноземельні).

Всередині важких ядер утворюються - частинки, кожна з яких складається з двох протонів і двох нейтронів. Відок­ремленню цих чотирьох нуклонів сприяє властивість насичення ядерних сил. Можливість- розпаду викликана тим, що маса материнського ядрабільша від суми мас дочірнього ядраі- частинки.

.

Отже, при - розпаді виділяється енергія

.

Енергія - розпадувиділяється у вигляді кінетичної енергії продуктів розпаду:- частинки і дочірнього ядра. Кінетична енергія між ними розподіляється обернено пропорційно до їх маси, тому практично всю енергію розпаду отри­мує- частинка.

В ядрі - частинок немає, вони утворюються з чотирьох нуклонів лише в момент- розпаду.

Здійсненню - розпаду перешкод­жає значний кулонівський потенціальний бар’єр, який виник при утворенні ядра. Значенняв декілька разів перевищує різницю енергійміж початковим і кінцевими станами системи при- розпаді (рис 338).

- частинка вилітає з ядра, проходячи крізь заборонену зону, завдяки тунельному ефекту, який характеризується певною прозорістю потенціального бар’єра.

.

Ця формула свідчить про велику чутливість прозорості бар’єра до найменших змін енергії - частинки, що перебуває всередині потенціальної ями. Навіть незначні зміни в значенняхEприводять до того, що величинаDбуде дуже змінюватись. Цим пояснюються великі відмінності в періодах піврозпаду- випромінювачів – відроків доспри порівняно невеликому зростанні енергії- частинок.

Знайдемо зв’язок між сталою розпаду і прозорістюDпотенціального бар’єру для-частинки. Заради спрощення замінимо реальний бар’єр прямокутним бар’єром довжиноюL. В цьому випадку

,

де n – число ударів- частинок об стінку бар’єра за одиницю часу і, де– швидкість- частинки в ядрі. ВеличинаL=R, деR– радіус ядра. Тоді у випадку прямокутного бар’єра дістанемо

Ця формула свідчить про існування залежності між сталою розпаду і початковою енергією - частинки.

Дослідження кривих питомої іонізації, яку здійснюють - частинки в різних газах, показало, що залежність кіль­кості- частинокNвід довжини відрізків шляхуR, які ці частинки проходять у певній речовині, зображується кривою, поданою на рис. 339. До деякого значеннякількість частинок залишається майже сталою. Потім кількість частинок, які пройшли шлях, швидко спадає. Довжини пробігів- частинок мало від­різняються від деякої величини, що є експериментальним значенням пробігу-частинок. Проходячи через речовину,- частинка витрачає свою енергію на не­пружні зіткнення з атомами, переважно на їх іонізацію. Очевидно, що довжина пробігу- частинки повинна залежати від її початкової енергії. Дослідним шляхом Гейгер знайшов емпіричну формулу, яка пов’язує початкову швидкість- частинки з її пробігому повітрі при:

,,

де b – деяка стала.

Г. Гейгер і Дж. Неттол на підставі аналізу численних дослідів установили співвідношення, яке називаютьзаконом Гейгера-Неттола:

чим менший період піврозпаду або більша стала розпадурадіоактивного елементу, тим більший пробіг- частинок, які він випускає.

Закон Гейгера-Неттола записують формулою

або ,

– емпіричні константи.

Дослідження показують, що зде­більшого ядра випромінюють не одну, а кілька груп - частинок, енергії яких ут­ворюють дискретний спектр. Його називають тонкою структурою- спектра. На рис. 340показано схематичне пояснення виникнення різних груп- частинок, що випромінюються при розпаді ядра. Зліва на рисунку наведено енергетичні рів­ні дочірнього ядра.

У збуджених станах дочірнє ядро знаходиться доволі малий проміжок часу і переходить у стани з меншою енергією або в основний стан. При цьому відбувається випромінювання фотонів. На рис. 340показано виникнення- фотонів шести різних енергій.