Сторінка
2
β-розпад стає можливим завдяки тому, що вихідне радіоактивне ядро має більшу масу й енергію спокою, ніж продукти розпаду. Надлишок енергії спокою звільняється у формі кінетичної енергії електрона або позитрона, енергії антинейтрино або нейтрино і дочірнього ядра.
Оскільки електрон не вилітає з ядра і не відривається від електронної оболонки атома, припустимо, що він народжується в ядрі як результат процесів, що там відбуваються. Розглянемо це на прикладі β--розпаду. У силу того, що число нуклонів у ядрі не змінюється, а заряд збільшується на одиницю, то єдино можливою ситуацією, у якій можуть одночасно здійснюватися ці умови, буде перетворення одного з нейтронів β-активного ядра на протон з одночасним утворенням електрона й випромінюванням антинейтрино.
Так, розпад нейтрона має вигляд: 
Протягом тривалого часу вчених ставили у безвихідь безперервні спектри електронів, що випромінюються при β-розпаді. У зв'язку з цим навіть виникла гіпотеза про те, що в процесі β-розпаду порушується закон збереження енергії. Однак припущення, а згодом і доказ існування нейтрино пояснили цей факт. Справа в тому, що β-активні ядра до і після розпаду мають цілком певні енергії, але викидаються електрони, що мають енергію в діапазоні від 0 до певної Е . Як виявилося згодом, безперервність енергетичного спектра обумовлена тим, що енергія розподіляється між електронами й антинейтрино, причому сума енергій обох частинок дорівнює Етах. В одних актах розпаду більшу енергію отримує антинейтрино, в інших — електрон.
Сучасна теорія β-розпаду спирається на те, що всі перетворення, які відбуваються в ядрі, протікають під впливом слабкої взаємодії (єдиного виду взаємодії, у якому можуть брати участь нейтрино й антинейтрино).
Ядра, що мають β-радіоактивність, можна створювати штучно, якщо приєднати до стабільного ядра або відняти від нього один або кілька однотипних нуклонів. При надлишку електронів у ядрі може спостерігатися штучна р-радіоактивність. Такі ядра виходять у результаті опромінення речовин нейтронами в ядерних реакторах. При надлишку протонів ядра виявляють штучну β+-радіоактивність або зазнають е-захоплення. їх одержують опроміненням речовини на циклотроні позитивними іонами (протонами). Уперше наведена β+-радіоактивність була відкрита в 1934 р. при опроміненні речовин а-час-тинками, а штучна β--радіоактивність — при опроміненні речовин нейтронами від нейтронних джерел.
γ-Випромінювання. Ефект Мессбауера
Експериментально встановлено, що γ-випромінювання не є самостійним видом радіоактивності. Воно супроводжує α- і β-розпади, виникає при ядерних реакціях, гальмуванні заряджених частинок і т. ін.
У процесі γ-випромінювання ядро спонтанно переходить зі збудженого стану до основного або менш збудженого. При цьому надлишок енергії ядра звільняється у вигляді γ-кванта (кванта короткохвильового електромагнітного випромінювання) і у вигляді енергії віддачі ядра (Tя≈ 10 –2 - 10 еВ).
Встановлено, що у-випромінювачами є дочірні ядра, які утворилися в результаті α- і β-розпадів, тому що вони утворюються і в нормальному, і в збудженому станах. Випускання у-випромінювання відбувається протягом 10 -13 - 10-14 с із моменту утворення дочірнього ядра, що значно менше часу життя збудженого атома (10-8 с). При цьому перехід ядра зі збудженого до нормального стану може проходити через ряд проміжних станів, кожен із яких має свої енергетичні характеристики. Тому у-випромінювання того самого радіоактивного ізотопу може містити кілька різних за енергією груп у-квантів. Це доводиться і лінійчатим характером у-спектрів. Узагалі ж γ-спектр — це розподіл усіх у-квантів відповідно до їхніх енергетичних характеристик. Тому дискретність γ-спектра ще раз доводить дискретність енергетичних станів атомних ядер.
Поряд із у-випромінюванням у ядрі може відбуватися конкурентний процес — внутрішня конверсія. Справа в тому, що перехід ядра зі збудженого до нормального стану може відбутися не тільки за рахунок випущення у-кванта, але і при безпосередній передачі енергії збудження одному з електронів того ж атома. При цьому випромінюється електрон конверсії.
Електронам конверсії відповідають дискретні значення енергії. їхня величина залежить від роботи виходу електрона з оболонки і від енергії, яку віддає ядро при переході зі збудженого до нормального стану.
Якщо вся енергія Е виділяється у вигляді у-кванта, то частота випромінювання v визначається зі співвідношення:
E = hv.
У випадку випромінювання електронів внутрішньої конверсії енергії електронів визначатимуться зі співвідношень:
E-Ak , E-AL; .,
де Ак, AL, .—робота виходу електрона з К-, L-, . -оболонок. Завдяки тому, що енергія електронів кожного рівня суворо визначена, електрони конверсії можна легко відрізнити від γ-електронів, спектр яких безперервний. Крім того, внутрішню конверсія завжди супроводжується характеристичним рентгенівським випромінюванням, що обумовлюється переходом електронів верхніх оболонок на місця, що звільнилися в результаті вилітання електронів.
При у-випромінюванні енергія у-квантів, що випускаються, виявляється меншою за енергію збудженого стану ядра. Частина енергії переходить в енергію віддачі ядра:
Е=Еγ+Тя,
де Е — енергія збудженого ядра,
Еγ — енергія у-кванта,
Tя — кінетична енергія віддачі ядра.
Хоча Tя — дуже маленька величина (Tя >> 0,01—10 еВ), проте Eg≠Е. Тому у-кванти, випущені ядром, не можуть перевести ядро того ж типу з нормального стану (Е = 0) до збудженого. Для цього у-квант повинен мати енергію:
Eγ= Е+Тя,
де Тя — енергія віддачі, яку у-квант повинен передати поглинаючому ядру.
Але існують умови, за яких енергія віддачі зведена до нуля (ядра у вигляді кристалічних решіток при низькій температурі). У цьому випадку стають можливими випускання й поглинання у-квантів без віддачі.
Крім того, має місце резонансне поглинання γ-квантів ядрами: ядро поглинає γ-квант тієї ж частоти, що й частота випромінюваного ядром у-кванта при переході зі збудженого стану до основного. Резонансне поглинання можна отримати тільки при компенсації втрати енергії на віддачу. Такій умові задовольняють ядра, що перебувають у зв'язаному стані (кристалічна решітка) і при низьких температурах, щоб зупинити коливання ядер у решітках. У цьому випадку імпульс і енергія віддачі передаються не одному ядру (яке поглинає або випромінює у-квант), а всій кристалічній решітці загалом. Маса кристала щодо маси окремого ядра є набагато більшою величиною, тому відповідно до закону збереження імпульсу
Завантажити реферат