Виды радиоактивного распада

A-распад

В основном a-распад характерен для тяжелых ядер (A>200, Z>82). a-распад подчиняется правилу смещения, например, распад изотопа урана приводит к образованию тория :

Согласно современным представлениям, a-частицы образуются внутри тяжелых ядер вследствие объединения двух протонов и двух нейтронов. Такая образовавшаяся частица сильнее отталкивается от оставшихся протонов ядра, чем остальные протоны. Одновременно a-частица испытывает меньшее ядерное притяжение к нуклонам в ядре, чем отдельные нуклоны.

Скорости вылетающих при распаде a-частиц очень велики – 1,4¸2×10⁷ м/с, что соответствует энергиям 4¸8,8 МэВ. Опыты Резерфорда показали, что, даже имея такие скорости, a-частицы не могут приблизиться к ядру на расстояние, при котором начинают действовать ядерные силы, и рассеяние a-частиц на ядре объясняется только кулоновским взаимодействием. Таким образом, можно сделать вывод, что ядро окружено потенциальным барьером, высота которого не меньше 8,8 МэВ.

С другой стороны, a-частицы, испускаемые ураном, имеют энергию 4,2 МэВ. Следовательно, a-частицы вылетают из ядра с энергией значительно меньше высоты потенциального барьера вследствие туннельного эффекта.

Для a-частиц характерна сильная зависимость между периодом полураспада T_1/2 и энергией E вылетающих частиц. Эта зависимость определяется законом Гейгера-Неттола:

(6.16)

где A и B – эмпирические (определяемые из опыта) константы, , R_a - пробег a-частицы в воздухе – расстояние, проходимое частицей до её полной остановки.

Таким образом, чем меньше период полураспада, тем больше пробег a-частицы, следовательно, и её энергия.

Пробег a-частиц в воздухе (при нормальных условиях) составляет несколько сантиметров, в более плотных средах он гораздо меньше, составляя сотые доли миллиметра (a-частицы можно задержать обычным листом бумаги).

Энергетический спектр a-частиц, испускаемых данным радиоактивным элементом, обнаруживает «тонкую структуру», т.е. испускается несколько групп a-частиц, причем в пределах каждой группы их энергии практически постоянны. Дискретный спектр a-частиц свидетельствует о том, что атомные ядра обладают дискретными энергетическими уровнями.

B-распад

Термином «b-распад» обозначают три типа ядерных превращений: электронный (b^-) и позитронный (b⁺) распады, а также электронный захват (e-захват, или К-захват).

Первые два типа превращений состоят в том, что ядро испускает электрон (позитрон ) и электронное антинейтрино (электронное нейтрино ). b-электроны рождаются в результате процессов, происходящих внутри ядра, при превращении одного вида нуклона в ядре в другой – нейтрона в протон или протона в нейтрон:

где и - обозначения нейтрона и протона соответственно.

Энергия покоя нейтрона превышает энергию покоя атома водорода (т.е. протона и электрона вместе взятых) на 782 кэВ. За счет этой энергии может происходить самопроизвольное превращение нейтрона в протон (b^--распад), в том числе и вне ядра. Действительно, b-электроны, рождающиеся при радиоактивном распаде свободных нейтронов, имеют энергию 782 кэВ.

b⁺-распад для свободного протона наблюдаться не может, однако для протона, связанного в ядре благодаря ядерному взаимодействию частиц, эта реакция оказывается энергетически возможной.

Рис.6.3. Спектр электронов при b-распаде

Энергетический спектр испускаемых при b-распаде электронов является непрерывным, простирающимся до верхней границы энергии b-спектра Emax (рис.6.3). Полная энергия, теряемая ядром при b-распаде, всегда равна Emax, но она по-разному распределяется между электроном и антинейтрино.

Максимальное значение энергии электрона E=E_max означает, что вся энергия уносится электроном, нулевое значение энергии электрона соответствует тому, что вся энергия уносится антинейтрино.

Для b^--радиоактивности свободных нейтронов E_max=782 кэВ.

В случае e-захвата (К-захвата) превращение протона в нейтрон идет по схеме:

При этом исчезает один из электронов на ближайшем к ядру K-слое атома.

Протон, превращаясь в нейтрон, как бы «захватывает» К-электрон. Особенностью этого типа b-распада является вылет из ядра только нейтрино Исчезновение одного их электронов в К-слое атома приводит к электронным переходам между внутренними электронными оболочками атома, что сопровождается характеристическим рентгеновским излучением.