Альфа-розпад
α-розпадом називають мимовільний розпад атомного ядра на дочірнє ядро і α-частинку (ядро атома 4 He).
α-розпад, як правило, відбувається у важких ядрах з масовим числом А ≥ 140 (хоча є кілька винятків). Усередині важких ядер за рахунок властивості насичення ядерних сил утворюються відособлені α-частинки, що складаються з двох протонів і двох нейтронів. Новоутворена α-частинка схильна більшого дії кулонівських сил відштовхування від протонів ядра, ніж окремі протони. Одночасно α-частинка відчуває менше ядерне тяжіння до нуклонами ядра, ніж інші нуклони. Новоутворена альфа-частинки на кордоні ядра відбивається від потенційного бар'єру всередину, однак з деякою вірогідністю вона може подолати його (див. Тунельний ефект) і вилетіти назовні. Зі зменшенням енергії альфа-частинки проникність потенційного бар'єру експоненціально зменшується, тому час життя ядер з меншою енергією доступною альфа-розпаду за інших рівних умов більше.
Правило зміщення Содді для α-розпаду:
.
Приклад:
.
В результаті α-розпаду елемент зміщується на 2 клітки до початку таблиці Менделєєва, масове число дочірнього ядра зменшується на 4.
Бета-розпад
Беккерель довів, що β-промені є потоком електронів. β-розпад - це прояв слабкої взаємодії.
β-розпад (точніше, бета-мінус-розпад, β - -Розпад) - це радіоактивний розпад, що супроводжується випусканням з ядра електрона і антинейтрино.
β-розпад є внутрінуклонним процесом. Він відбувається внаслідок перетворення одного з d-кварків в одному з нейтронів ядра в u-кварк, при цьому відбувається перетворення нейтрона в протон з випусканням електрона і антинейтрино:
Правило зміщення Содді для β - -Розпаду:
Приклад:
Після β - -Розпаду елемент зміщується на 1 клітку до кінця таблиці Менделєєва (заряд ядра збільшується на одиницю), тоді як масове число ядра при цьому не змінюється.
Існують також інші типи бета-розпаду. В позитронному розпаді (бета-плюс-розпаді) ядро випускає позитрон і нейтрино. При цьому заряд ядра зменшується на одиницю (ядро зміщується на одну клітку до початку таблиці Менделєєва). Позитронний розпад завжди супроводжується конкуруючим процесом - електронним захопленням (коли ядро захоплює електрон з атомної оболонки і випускає нейтрино, при цьому заряд ядра також зменшується на одиницю). Однак зворотне невірно: багато нукліди, для яких позитронний розпад заборонений, відчувають електронний захоплення. Найбільш рідкісним з відомих типів радіоактивного розпаду є подвійний бета-розпад, він виявлений на сьогодні лише для десяти нуклідів, і періоди напіврозпаду перевищують 10 19 років. Всі типи бета-розпаду зберігають масове число ядра.
Гамма-розпад (ізомерний перехід)
Майже всі ядра мають, крім основного квантового стану, дискретний набір збуджених станів з більшою енергією (винятком є ядра 1 H, 2 H, 3 H і 3 He). Збуджені стани можуть заселятися при ядерних реакціях або радіоактивному розпаді інших ядер. Більшість порушених станів мають дуже малі часи життя (менше наносекунди). Однак існують і досить довгоживучі стану (чиї часи життя вимірюються мікросекунд, цілодобово або роками), які називаються ізомерних, хоча межа між ними і короткоживучими станами вельми умовна. Ізомерні стану ядер, як правило, розпадаються в основний стан (іноді через кілька проміжних станів). При цьому випромінюються один або кілька гамма-квантів; збудження ядра може зніматися також за допомогою вильоту конверсійних електронів з атомної оболонки. Ізомерні стани можуть розпадатися також і за допомогою звичайних бета-і альфа-розпадів.
Ланцюгова реакція — реакція, продукти якої, своєю чергою, вступають у взаємодію з початковими продуктами. У ядерній фізиці ланцюгові реакції виникають під час поділу ядра, зумовленому нейтроном. Поділ відбувається з вивільненням кількох, здебільшого 2-3 нейтронів, які в свою чергу можуть ініціювати поділ інших ядер. Ймовірність захоплення ядром нейтронів залежить від їхньої швидкості, тому для підтримання ланцюгової реакції нейтрони необхідно сповільнювати.
Оскільки частина нейтронів, утворених під час поділу, втрачається, поглинаючись без поділу іншими ядрами або вилітаючи за межі реактора, ланцюгову реакцію характеризують ефективним коефіцієнтом розмноження k - кількістю новостворених нейтронів під час одиничного акту поділу, які в свою чергу викликають поділ інших ядер. Якщо ефективний коефіцієнт розмноження більший за одиницю, то число актів поділу збільшується, реакція розганяється, вивільнюючи дедалі більше енергії і може завершитися вибухом. Така реакція називається надкритичною. Якщо k менший від одиниці, реакція згасає з часом. Такий режим називається підкритичним. Для k = 1 перебіг реакції залишається незмінним. Саме такий критичний режим використовується в ядерних реакторах.