Альфа-распад.Основные свойства альфа -распада. Квантовая теория альфа -распада. Закон Гейгера-Неттола

Слайд11

Альфа-распад –испускание атомным ядром, находящимся в основном (невозбужденном) состоянии α-частиц (ядер гелия ).

Основными характеристики период полураспада T _1/2, кинетическая энергия T_α и пробег в веществе R_α α-частицы в веществе.

Основные свойства альфа- распада

1.Альфа- распад наблюдается только у тяжелых ядер. Известно около 300 α-радиоактивных ядер

2.Период полураспада α-активных ядер лежит в громадном интервале от

10¹⁷ лет ()

и определяется законом Гейгера-Неттола

. (1.32)

например, для Z=84 постоянные A = 128,8 и B = - 50,15, T_α – кинетическая энергия α-частицы в Мэв

3.Энергии α-частиц радиоактивных ядер заключены в пределах

(Мэв)

T_{α min} = 1,83 Мэв (), T _{α max} = 11,65 Мэв ^{(изомер}

4.Наблюдается тонкая структура α-спектров радиоактивных ядер. Эти спектры дискретные. На рис.1.5. приведена схема распада ядра плутония. Спектр α -частиц состоит из ряда моноэнергетических линий, соответствующих переходам на различные уровни дочернего ядра.

6.Пробег α –частицы в воздухе при нормальных условиях

R_α(см) = 0,31 T_α^3/2 Мэв при (4< T _α <7 Мэв) (1.33)

7.Общая схема реакции α-распада

где -материнское ядро, - дочернее ядро

Энергия связи α-частицы в ядре должна быть меньше нуля, чтобы α-распад состоялся.

Е_{св α} = <0 (1.34)

Энергия выделившейся при α-распаде E _α состоит из кинетической энергии α –частицы T _α и кинетической энергии дочернего ядра T_я

E_α =| Е_{св α} | = T_α +T_я (1.35)

Кинетическая энергия α –частицы больше 98% всей энергии α-распада

 

Виды и свойства бета- распада

Бета-распад слайд 12

Бета-распадом ядра называется процесс самопроизвольного превращения нестабильного ядра в ядро-изобар в результате испускания электрона (позитрона) или захвата электрона. Известно около 900 бета-радиоактивных ядер.

электронном β^--распаде один из нейтронов ядра превращается в протон с испусканием электрона и электронного антинейтрино.

распад свободного нейтрона , Т_1/2=10,7 мин;

распад трития , Т_1/2= 12 лет.

При позитронном β⁺-распаде один из протонов ядра превращается в нейтрон с испусканием положительно заряженного электрона (позитрона) и электронного нейтрино

В случае электронного е-захвата ядро захватывает электрон с электронной оболочки (чаще К-оболочки) собственного атома.

Энергия β^--распада лежит в интервале

()0,02 Мэв < Е _β < 13,4 Мэв ().

Спектр испускаемых β-частиц непрерывен от нуля до максимального значения. Формулы для вычисления максимальной энергии бета-распадов:

, (1.42)

, (1.43)

. (1.44)

где - масса материнского ядра, - масса дочернего ядра. m_e –масса электрона.

Период полураспада Т_1/2 связан с вероятностью бета- распада соотношением

Вероятность бета-распада сильно зависит от энергии бета-распада ( ~ E_β ⁵ при E_β >> m_ec ²) поэтому период полураспада Т_1/2 меняется в широких пределах

10^-2 сек < Т_1/2 < 2 10¹⁵ лет

Бета-распад возникает в результате слабого взаимодействия- одного их фундаментальных взаимодействий.

Радиоактивные семейства(ряды)Слайд13

Законы смещения ядер при α-распаде (А→А – 4; Z→Z - 2) при β-распаде (А→А; Z→Z +1).Поскольку массовое число А при α-распаде меняется на 4, а при β-распаде А не меняется, то члены различных радиоактивных семейств не «перепутываются» между собой. Они образуют отдельные радиоактивные ряды (цепочки ядер), которые кончаются своими стабильными изотопами.

Массовые числа членов каждого радиоактивного семейства характеризуются формулой

(1.45)

a =0 для семейства тория, a =1 для семества нептуния, a =2 для семейства урана, a =3 для семейства актиноурана. n - целое число. см.табл. 1.2

Табл.1.2

Семейство	Начальный изотоп	Конечный стабильный изотоп	Ряд	Период полураспада начального изотопа Т1/2
тория		свинец	4n+0	14 10^9 лет
урана		свинец	4n+2	4,5 10^9 лет
актиноурана		свинец	4n+3	0,7 10^9 лет
нептуния		висмут	4n+1	2,2 10^6 лет

Из сравнения периодов полураспада родоначальников семейств с геологическим временем жизни Земли(4,5 млрд. лет) видно, что в веществе Земли торий-232 сохранился почти весь, уран-238 распался примерно наполовину, уран-235 большей частью, нептуний-237 практически весь.

При наличии в веществе начального изотопа каждого семейства, в веществе присутствуют все члены данного радиоактивного семейства. Они находятся в состоянии равновесия, те. активности всех членов семейства равны друг другу. см рис.1.7.

Радиоактивные семейства (ряды). Около стрелок указан тип распада или , ниже символа нуклида - период полураспада в секундах,минутах, днях, годах.

. Рис.1.7 Радиоактивные семейства (ряды). Около стрелок указан тип распада или , ниже символа нуклида - период полураспада в секундах,минутах, днях, годах.