2. ядролық физика негіздері
Радиоактивтің негізгі түрлері
жүктеу/скачать 1,3 Mb.
|
ядерка часть2новый2018
- Бұл бет үшін навигация:
- Альфа-ыдырау
- 2.1-сурет 2.2-сурет
- Ядролардың гамма –сәуле шығаруы
| Радиоактивтің негізгі түрлері.
Радиоактивтің негізгі түрлеріне α-, β- ыдырау және γ-сәуле шығару жатады. Альфа-ыдырау – атомдық ядролардың өздігінен α-бөлшекті шығарып ыдырауы. α-бөлшектің заряды +2е-ге тең, массасы гелий изотопы ядросының массасымен дәл келеді, яғни α-сәуле – гелий ядроларының ағыны болады. α-ыдырау мына сызба бойынша іске асады: , (2.2.8) Мұндағы,Х– аналық ядроның, Y-туынды ядроның символы, -гелий ядросы (α-бөлшек). Сонымен, α-ыдырауда аналық ядро массалық саны 4-ке, зарядтың саны 2-ге кем басқа ядроға (туынды ядроға) айналады. α-ыдырау болуы үшін қажетті шарт: аналық ядро массасы туынды ядро мен α-бөлшектің массаларының қосындысынан үлкен болуы тиіс. α-бөлшектерді тек ауыр ядролардың (A>200, Z>82) шығаратындығы белгілі. Ыдыраған ядродан ұшып шығатын α-бөлшектердің кинетикалық энергиясы бірнеше МэВ шамасында болады. α-бөлшектің кинетикалық энергиясы аналық ядроның тыныштық энергиясының туынды ядро мен α-бөлшектің тыныштық энергияларының қосындысынан үлкен болуы себепті пайда болады. [(2.2.2)–өрнекті қараңыз]. Осы артық энергия α-бөлшек пен туынды ядроға бұлардың массаларына кері пропорционал қатынаспен үлестіріледі (импульстің сақталу заңына сәйкес):Eα/ET=mT/mα , осыданEα>>ET болатындығы шығады. Радиоактивті зат көбінесе, энергиялары бойынша бір-бірінен өзгеше α-бөлшектердің бірнеше дискреттік моноэнергиялық тобын шығарады (2.1 сурет). Бұл туынды Y ядро негізгі күйде ғана емес, қозған күйлерде де пайда бола алатындығымен түсіндіріледі. (2.2-сурет, мұнда, Х аналық және Y туынды ядролардың энергетикалық деңгейлерінің шартты сызбасы берілген, оңайлық үшін тек бір қозған деңгей көрсетілген).  
2.1-сурет 2.2-сурет Туынды ядроның негізгі және бірінші қозған күйлерінде түзілуімен байланысты α-бөлшектердің топтары α0 және α1 (2.2-сурет) ең интенсивті болады. Туынды ядроның қозған деңгейлері арқылы өтетін ыдыраулар γ–кванттардың шығарылуымен қабаттаса өтеді. Атом қойнауында фотонның дайын күйде болмайтындығына және ол сәуле шығарылу мезетінде ғана пайда болатындығына ұқсас, α-бөлшек те ядроның радиоактивті ыдырау мезетінде ғана пайда болады. Ядродан ұшып шығарда α-бөлшекке биіктігі оның энергиясынан артық потенциалдық тосқауылды еңсеруіне тура келеді (2.3-сурет). Тосқауылдың ішкі жағын ядролық күштер, ал сыртқы жағын– α-бөлшек пен туынды ядроның кулондық тебіліс күштері қамтамасыз етеді. 
2.3-сурет Берілген жағдайда α-бөлшектің потенциалдық тосқауылды еңсеруі туннельдік эффект арқасында іске асады. Кванттық теорияда α-бөлшектің толқындық қасиеттері ескеріледі. Сонда егер энергиясы Е α- бөлшек қайсыбір U(r)потенциалдық тосқауылға ұшып келіп соғылса, онда ол белгілі ықтималдықпен тосқауылда бар туннель арқылы өткендей болып сіңіп өте алады, яғни Е Бета–ыдырау – радиоактивті ядроның электрон (позитрон) және антинейтрино (нейтрино) шығарып, массалық саны өзгермей, ал зарядтық саныΔZ=±1 -ге өзгеріп, басқа ядроға айналуы. Осы үдерісте ядродағы нейтрондардың біреуі протонға түрленеді немесе протондардың біреуі нейтронға түрленеді. β-ыдыраудың үш түрі болады: β- – ыдырау, β+ – ыдырау, электрондық қармау. β- – ыдырау (2.2.9) сызба бойынша өтеді. Мұндағы, -электрондық символдық белгіленуі; –электрондық антинейтрино (антинейтрино электронның шығарылуымен ілесе шығарылады). β- – ыдырауда туынды ядроның массалық саны өзгермейді, ал зарядтық саны 1-ге өседі. β- – ыдырау мысалы:. Электрондық β--ыдырау негізіне, жоғарыда аталып өткендей, ядродағы нейтронның протонға айналуы жатады: . (2.2.9а) Сондықтан β- – ыдырауды атом ядросы ішінде нейтронның протонға өздігінен айналу процесі ретінде анықтауға болады. β- – ыдырауда түзілетін туынды ядро қозған күйде бола алады. Ядро негізгі күйге ауысқанда γ–сәуле шығарылады. Сондықтан β- – ыдырау болғанда, α – ыдырау сияқты, γ–кванттар қабаттаса шығарылады. 
2.4 сурет Эксперименттік зерттеулер β--ыдырау кезінде пайда болатын электрондардың нөлден бастап ең үлкен Еmax мәніне дейінгі кең энергетикалық спектрі болатындығын көрсетті (2.4-сурет). dN шамасы энергиясы Е-ден Е+dE-ге дейінгі аралықта жататын электрон санын анықтайды. Қисық қамтитын аудан бірлік уақытта радиоактивті заттан шығарылатын электрондардың жалпы саны. Еmax энергия аналық ядро массасы мен ыдырау өнімдері (электрон және туынды ядро) массасы мәндерінің айырымын анықтайды: Emax=[Ma-(MT+me)]c2. (2.2.10) Алғашында, нейтрино ашылғанға дейін, β- – ыдырау энергияның сақталу заңының бұзылуымен өтетін сияқты болған. Шынында да, егер аналық ядро туынды ядро мен электронға ыдыраған болса, онда электронның Ек энергиясы теңдеуіне сәйкес Еmax-ден кем бола алмас еді. Энергияның ΔE=Emax-E «жоғалуын»түсіндіру үшін, энергияның сақталу заңы бұзылмас үшін, В. Паули 1923 жылыβ-- ыдырау кезінде тағы бір бөлшек (электрлік бейтарап, массасы өте кіші) шығарылады деген жорамал ұсынды. Осы бөлшек нейтрино деп аталды (Э.Ферми), 1956 жылы экспериментте табылды (Ф. Райнес, К. Коуэн). β+ -ыдырау (позитрондық β – ыдырау) (2.2.11) сызба бойынша өтеді. Мұндағы, – позитронның символдық белгіленуі (позитрон – электронға қатысты антибөлшек); – нейтрино (позитронның шығарылуымен ілесе шығарылады). β+ – ыдырауда туынды ядроның массалық саны өзгермейді, ал зарядтық саны саны 1-ге кемиді. β+ – ыдырау мысалы: . β+ – ыдырау негізіне ядродағы протонның нейтронға айналуы жатады: p→n+e++νe (2.2.12) Нейтрино – электрлік бейтарап элементар бөлшек, спині ½ (ћ бірлігінде) және тыныштық массасы жоқ. Нейтрино тек өзара әрекетке қатысады, сондықтан оны тікелей бақылау өте қиын. Антинейтрино – нейтриноға қатысты антибөлшек. Протонның массасы нейтронның массасынан кіші болғандықтан, еркін протон үшін мұндай процес энергетикалық тұрғыдан мүмкін емес. Бірақ та ядрода тұрған протон қажетті энергияны ядродағы басқа протондардан ала алады. Электрондық қармау β – ыдыраудың үшінші түрі – электрондық қармау да ядро өз атомының электрондық қабығындағы электрондардың біреуін жұтады. Көбінесе, электрон К – қабаттан жұтылады, сондықтан электрондық кармау К – қармау деп те аталады. L – немесе M – қабаттан электрондардың жұтылуы сирек байқалады. Электрондық қармау немесе К – қармау (2.2.13а) сызба бойынша өтеді. Ядро атомның ішкі қабатынан (әдетте, К – қабаттағы екі электронның біреуін) бір электронды тосын қармап алады және электрондық нейтрино шығарады. Электрондық қармауды p+e-→n+νe (2.2.13б) түрінде көрсетуге де болады. Мұның мысалы:. Электрондық қармау нәтижесінде атомның электрондық қабатында босаған орынға жоғарғы қабаттардан электрондар ауыса алады, осының нәтижесінде рентген сәулесі шығарылады. β – ыдырау кезінде бөлінетін энергия 0,0186МэВ-тен 16 МэВ-ке дейінгі аралықта жатады. β – активті ядролардың жартылай ыдырау периоды 10-2 с-тан4·1012 жылға дейін өзгереді. Ядролардың гамма –сәуле шығаруы. Бұл сәуле ядролардың қозған күйден энергиясы кішірек күйге ауысқан кезде шығаратын қысқа толқынды электромагниттік сәулесі. Ядро дискретті энергетикалық деңгейлер жиыны бар кванттық жүйе болатындықтан γ – сәуленің спектрі де дискретті болады. Әртүрлі ядролардың шығаратын γ –кванттар энергиясы Еγ мына аралықта жатады: 10кэВ ≤ Еу ≤ 5МэВ. γ – сәуленің бұған сәйкес толқын ұзындығы 2∙10-13 ≤ λ ≤10-10 м болады. γ – кванттардың энергиялар бойынша үлестірілуі γ – спектр болады. Бұл сызықтық спектр атомдық ядролар күйлерінің дискреттігінің дәлелі болып табылады. Еркін нуклон γ – квант шығара алмайды, өйткені энергия мен импульстің сақталу заңдары бірдей бұзылған болар еді. Ядро ішінде бұл мүмкін болады, өйткені шығарылған γ – квант ядро нуклондарымен импульспен алмаса алады. Сондықтан β- ыдырау нуклон ішкі процес болса, ал γ – сәуле шығару ядро ішкі процес болады. γ – сәулені туынды ядро шығарады. Туынды ядро өзінің түзілуі мезетінде қозған күйде болса, онда 10-13-10-14 с ішінде γ – сәуле шығарып, негізгі күйге ауысады. Негізгі күйге ауысқанда қозған ядро бірқатар аралық күйлер арқылы өте алады. Сондықтан да бір радиоактивті изотоптың γ –сәулесі энергиялары бойынша өзгеше γ –кванттардың бірнеше тобынан тұратын болады. γ – сәуле шығарылғанда А мен Z өзгермейді, сондықтан ол ешқандай ығысу ережелерімен сипатталмайды. жүктеу/скачать 1,3 Mb. Достарыңызбен бөлісу:
|