Учебное пособие Алматы 2013 ббк удк номер
§2.7 Энергетический спектр электронов
жүктеу/скачать 1,73 Mb.
|
treatise11751
| §2.7 Энергетический спектр электронов
При β-распаде (в отличие от α-распада) из ядра вылетают не одна, а 2 частицы. Поэтому энергетическое соотношение для β-распада характеризуется не только общей энергией, выделяющейся при распаде, но и распределением этой энергии между вылетающими частицами (энергия отдачи ядра сравнительно мала и ею обычно можно пренебречь). В силу статистического характера явления радиоактивности при Рис.2.8
П ри малых энергиях вылетающей заряженной частицы форма β-спектра искажается под влиянием кулоновского взаимодействия между ядром и вылетающей из него заряженной частицей. При е- распаде кулоновское взаимодействие является притягивающим, то есть стремящимся уменьшить энергию вылетающего электрона. При е+ распаде, напротив, кулоновское взаимодействие – отталкивающее так что оно ускоряет вылетающий е+. Поэтому число е- с малыми энергиями увеличивается, а число е+ уменьшается. Нередко встречаются β-спектры более сложной формы. Общими свойствами всех β- спектров является, во-первых, их плавность и, во-вторых, наличие максимальной энергии Тм, на которой Рис.2.9 спектр обрывается. Оба эти свойства являются прямым следствием вылета антинейтрино (или ν) при распаде. Объяснение непрерывного характера энергетического спектра электронов в свое время было связано с очень большими трудностями. Исторически именно на основании этих свойств β-спектров Паули в 1931 г предсказал существование ν на четверть столетия раньше его непосредственного экспериментального наблюдения. Если не предполагать, что наряду с е- вылетает еще одна частица, уносящая часть энергии, пришлось бы признать, что при β-распаде не выполняется закон сохранения энергии. Не удавалось также согласовать β-распад с законом сохранения момента количества движения. Если бы, например, нейтрон распался бы только на pи e-: , то поскольку спины всех частиц =1/2, сумма спинов справа = целому числу, а слева 1/2, то есть такой тип распада противоречил бы закону сохранения момента количества движения. Это несоответствие с законами сохранения энергии и спины снимается гипотезой Паули, который в 1931 г предположил, что при β-распаде вылетает еще одна частица, нейтральная, с массой, близкой к нулю, и со спином =1/2. Ферми назвал её нейтрино. Из-за отсутствия ионизации следует также равенство нулю или чрезвычайная малость магнитного момента нейтрино. В энергетическом спектре электронов, испускаемых некоторыми радиоактивными источниками, кроме основного непрерывного спектра имеются также спектральные линии. Но эти спектральные линии электронов не имеют никакого отношения к β-распаду. Их происхождение связано с электромагнитным процессом, называемым внутренней конверсией. Он состоит в том, что возбужденное состояние дочернего ядра передает свою энергию не фотону, который унес бы ее при γ-переходе, а электрону атомной оболочки. Непрерывная же часть спектра, напротив, должна быть приписана β-распаду. Экспериментальное доказательство существование нейтрино Специфические свойства ν (Zν=0, mν=0, μν=0) делают чрезвычайно трудным опыт по обнаружению этой частицы, они совершенно неуловимы и первые сведения, подтверждающие их существование, носили косвенный характер. Антинейтрино с энергией 1 МэВ способно без взаимодействия пройти сквозь слой воды толщиной в несколько световых лет. Строго говоря, изучение β-спектров дало для верхней границы массы покоя значение 60эВ/с2 , но обычно её считают =0. Масса электронного нейтрино, согласно исследованиям, проведенным в ИТЭФ в СССР (в 1980г), лежит в пределах 14 эВ/с2 Н ейтрино очень слабо взаимодействует с веществом и ускользает от наблюдателя. Ее пробег в твердой сфере 1015 км. Впервые опыт по обнаружению эффекта, связанного с существованием ν, был поставлен в 1936 г А.И. Лейпунским. Опыт показал, что энергетическое распределения ядер отдачи не соответствует без-нейтринной схеме распада. Для получения количественных результатов Алиханов и Алиханян предложили использовать К-захват е- ядром . Рис.2.10 Поскольку при е-захвате из ядра вылетает т олько ν, то есть энергия распределяется между 2-мя частицами: ν и ядром отдачи, возникающие ν моноэнергетичны, ядра отдачи тоже моноэнергетичны. Опыт должен заключаться в измерении энергии ядра отдачи и сравнении Тэксп с её расчетным значением. Этот опыт из-за начавшейся войны не был поставлен. Совершенно аналогичный опыт провел в 1942 г Аллен (США). ; накосился методом испарения в виде тончайшего слоя платиновую пластинку S. В результате К-захвата атомы превращаются в атомы , которые получив импульс отдачи, вылетают уже в виде ионов с поверхности платиновой пластинки и, Рис. 2.11 ускоряясь полем в (100-200) В между пластинкой S и сеткой В, попадают в пространство между 2мя сетками В и С. К сетке С прикладывается переменный тормозящий потенциал, с помощью которого находилось распределение ионов по энергиям (меняя задерживающий потенциал, можно было пропускать сквозь сетку положительные ионы отдачи, которые способны преодолеть тормозящее поле). Подсчет ионов производился с помощью счетчика, включенного на выходе электронного умножителя А, который усиливая ток в 18000 раз. Сравнение числа ионов, попадающих на умножитель при разных значениях задерживающего потенциала, показало, что максимальная энергия атомов отдачи составляет около 48 эВ. Совпадение с ожидаемым значением (57эВ) для первого опыта можно считать вполне удовлетворительным. В дальнейшем опыты дали для энергии ядер отдачи значение (56,6 1,0), что согласуется с расчетом. Хотя трудно подыскать другую причину возникновения у ядра столь большого импульса, строго говоря, описанные опыты не могут считаться экспериментом, доказывающим существование нейтрино, так как в них не наблюдалось непосредственное взаимодействие нейтрино с веществом. Результат опыта Аллена сводится к доказательству того, что предположение о существовании частицы со свойствами нейтрино согласуется с законами сохранения. Прямой опыт по обнаружению взаимодействия свободного нейтрино с веществом удалось поставить только в 1953 г Коэну и Райнесу и оценить сечение его взаимодействия с веществом (σ=10-43 см2) Таким образом, гипотеза об испускании в процессе β-распада нейтрино была доказана экспериментально. Более детальное рассмотрение свойств ν показывает, что наряду с нейтрино ν существует также антинейтрино отличаюшееся от ν характером взаимодействия с веществом. ν и являются частицей и античастицей. Нейтрино и антинейтрино, испускающиесяв процессе β-распада, называют электронными нейтрино и антинейтрино. В 1962 г было доказано, что кроме электронных ν и существуют также мюонные нейтрино (νμ) и антинейтрино . Испусканием этих частиц сопровождается распад - мезонов: жүктеу/скачать 1,73 Mb. Достарыңызбен бөлісу:
|