B-распад

β-распадом называется процесс самопроизвольного превращения нестабильного ядра в ядро с тем же массовым числом А и зарядом, отличным на ( ), в результате испускания позитрона
( -распад), электрона ( -распад) или захвата электрона (е-захват). Энергия β-распада колеблется от 18 кэВ для изотопа водорода до 16,6МэВ для изотопа азота . Период полураспада меняется от секунды до лет.

-распад (электронный) протекает по схеме

, (5.11)

где – электрон; – антинейтрино. Примером -распада может служить превращение трития в гелий, при этом вылетает электрон:

.

Период полураспада трития – около 12 лет, энергия вылетающих электронов МэВ.

-распад возможен при условии, что масса исходного ядра больше суммы масс электрона и ядра , получившегося в результате распада:

. (5.12)

Или, если прибавить к обеим частям неравенства (5.12) , это же условие можно определить через массы атомов:

. (5.13)

Тогда энергия -распада определится:

.

Но в ядре нет и не может быть ни электронов, ни позитронов. Это подтверждается полученными в опытах значениями спинов и магнитных моментов ядер с большим временем жизни β-радиоактивных изотопов, а также квантово-механическим соотношением Гейзенберга. Электроны возникают в ядре в момент -распада в результате превращения нейтрона в протон по схеме

.

Зарядовое число увеличивается при этом на , а возникшие при распаде электрон и антинейтрино покидают ядро.

-распад (позитронный) протекает по схеме

, (5.14)

где – позитрон; – нейтрино. Примером -распада может служить распад ядра изотопа углерода 11 :

.

Период полураспада углерода 11 составляет 20,4 мин. в результате образуется ядро бора 11. Энергия -распада МэВ.

Позитронный распад возможен при условии

. (5.15)

Неравенство (5.15) следует из капельной модели ядра. Прибавив к обеим частям этого неравенства по и перейдя к массам атомов, приведём выражение (5.15) к виду

. (5.16)

Энергия -распада определяется по формуле

.

Позитрон возникает в ядре в момент -распада по схеме

.

В результате распада протона возникают нейтрон, который остается в ядре, и позитрон с нейтрино, покидающие ядро. Зарядовое число ядра уменьшается на 1. Масса протона меньше массы нейтрона, поэтому позитронный распад свободного протона невозможен. Протон, находящийся во взаимодействии с нуклонами внутри ядра, черпает недостающую энергию прямо из ядра.

В случае электронного захвата ( -захвата) один из электронов электронной оболочки атома захватывается ядром. Схема процесса в общем виде выглядит следующим образом:

. (5.17)

Примером -захвата может служить захват электрона из К-оболочки бериллия и превращение его в литий.

.

Период полураспада при этом процессе составляет 53,6 дня. Энергия, выделяющаяся при захвате, составляет МэВ.

Электронный захват возможен при условии

. (5.18)

Представим неравенство через массы атомов:

. (5.19)

Энергия, выделяющаяся при этом процессе, определится по формуле

Обычно ядро захватывает один из электронов К-оболочки, но возможны захваты и из L, M и других оболочек. При взаимодействии поглощенного электрона и протона ядра образуется нейтрон и вылетает нейтрино:

.

Заряд ядра при этом уменьшается на единицу. Если новое ядро образуется в возбужденном состоянии, то затем избыток энергии уносится γ-квантами.

Посла захвата электрона ядром в электронной оболочке атома возникает вакансия, заполнение которой сопровождается сопутствующим рентгеновским излучением. Именно при исследовании этого излучения и был открыт -захват Альварецом в 1937 году.

У ядер, для которых выполняются условия (5.14) и (5.17), наблюдается -распад и -захват. Примером может служить ядро марганца , превращающееся в ядро хрома путем -распада в 35 % случаев и путем -захвата в 65 % случаев.

Если же выполняются условия (5.11), (5.14) и (5.17), то ядра испытывают все три вида β-распада. Примером может служить ядро меди 64 – (рис. 5.2).

При - и -распаде ядер с большим избытком (или недостатком) нейтронов конечное ядро может образоваться в таком возбужденном состоянии, что возможно испускание запазды-вающего нейтрона (протона), например:

.

Описание установки «Арион»

Рис. 5.3. Внешний вид установки «Арион» 1 – свинцовый домик, 2 – счётчики Гуйгера-Мюллера, 3 – кювета с радиоа-ктивным образцом, 4 – соединительный кабель, 5 – измерительный блок

Изучения явлений, сопровождающих радиоактивные излучения, осуществляется на установке «Арион». Схематически её внешний вид показан на рис. 5.3.

Установка «Арион» состоит из свинцового домика 1, который служит защитой от внешних излучений. Внутри свинцового домика расположены два счётчика Гейгера-Мюллера 2. Кювету с радиоактивным образцом 3 располагают непосредственно под счётчиками. Счётчики посредством кабеля 4, соединены с измерительным блоком 5.

На передней панели измерительного блока «Арион» расположены:

· переключатель «сеть», предназначенный для включения установки;

· переключатель «Высок», с помощью которого включается или отключается высокое напряжение, подаваемое на счётчики 2;

· ручка регулятора «Высок» и вольтметр «V», позволяющие устанавливать и регулировать высокое напряжение, подаваемое на счётчики;

· переключатели «И»-«ИЛИ», «ПРОВ»-«РАБ», «АВТ»-«РУЧ», предназначенные для выбора режима работы установки;

· индикатор счётчика импульсов «импульсы»;

· электронный секундомер;

· два набора кнопок «пуск», «стоп», «сброс». Они позволяют запустить работу счётчиков и секундомера, остановить их работу и сбросить показания индикатора. При работе в режиме «АВТ» кнопки «пуск», «стоп» и «сброс», расположенные под счётчиком импульсов, управляют работой счётчиков и секундомера одновременно. При работе в режиме «РУЧ» кнопки под индикаторами счётчика и секундомера работают независимо.