Учебное пособие Алматы 2013 ббк удк номер
жүктеу/скачать 1,73 Mb.
|
treatise11751
| §2.3 Альфа-распад. Спектры α-частиц. Зависимость периода α-распада от энергии α-частиц. Элементы теории α-распада. Туннельный эффект. Определение размеров ядер по данным α-распада
Явление α-распада состоит в том, что ядро самопроизвольно испускает α-частицу и превращается в другое ядро с массовым числом, на 4 единицы меньшим, и с атомным номером, меньшим на 2 единицы: Исходное ядро часто называют материнским, а получающееся после распада ядро – дочерним. Основными характеристиками α-распада, как и всякого радиоактивного процесса, является область ядер, у которых наблюдается распад, а также периоды полураспада и энергии вылетающих α-частиц. Перечислим характерные эмпирические особенности α-распада. а) α-распад идет только для тяжелых ядер, известно более 2000 α-активных ядер. Почти все эти ядра относятся к концу периодической системы ядер и имеют Z>83. Существует еще небольшая группа α-активных ядер в области редких земель, то есть при А=140-160. Z>60. б) Периоды полураспадов α-активных ядер варьируются в широчайших пределах: 10-7 с в) С другой стороны, энергии вылетающих α-частиц заключены в довольно жестких пределах, а именно , (4 9) МэВ для тяжелых ядер и (2 4,5) МэВ для ядер в области редких земель, причем энергия α-частиц растет с ростом Z. Пожалуй, самым ярким и удивительным свойством α-распада является очень сильная зависимость Т1/2 от энергии вылетающих частиц. Уменьшение энергии на 1% может увеличить Т1/2 в 10 раз, а уменьшение энергии на 10% изменяет на 2 3 порядка. Например, самые медленные α-частицы, испускаемые , имеют энергию =4 МэВ, а Т1/2 для них =1,4*1010 лет. Самые быстрые α-частицы вылетают из ядер с энергией 10,5 МэВ, а Т1/2 = 3*10-7 с, то есть в 1024 раз <, чем у Th. Период полураспада Т1/2 можно измерить непосредственно по убыванию активности со временем, а также определить по количеству распадов в единицу времени или векового равновесия. Пробеги α-частиц в разных средах измеряют различными методами, с помощью камеры Вильсона, пузырьковых камер, фотографической эмульсии. Энергия α-частиц в первых опытах определялась по их пробегу. Переход от пробегов к энергии производится при помощи эмпирических или теоретических формул. В первом приближении пробег α-частиц в воздухе связан с ее энергией степенной функцией вида: В 1911 г Гейгер и Нэттол нашли экспериментально, что для α-радиоактивных элементов всех 3-х радиоактивных семейств существует зависимость между постоянной распада – λ и пробегом α-частицы Rα: Так как пробег и энергия α-частицы связаны степенной функцией, то закон Гейгера-Нэттола можно записать в другой форме В логарифмических координатах он приблизительно передается 3-мя параллельными прямыми. Прямая 1 соответствует семейству U, 2 –семейству Th и 3 – семейству AсU. Значение закона Гейгера-Нэттола заключается в том, что с его помощью можно найти λ таких ядер, для которых неприменим непосредственный метод определение Т1/2 (например, для длиннопробежных α-частиц). α-частицы для ядер определенного сорта имеют одну и ту же определенную энергию. Более прецизионные измерения показывают, однако, что Рис.2.1
Какие ядра подвержены α-распаду? α-распад относится к числу ядерных процессов, происходящих под действием сильного взаимодействия. Поэтому для разрешенных переходов должны выполняться все известные законы сохранения. Для того, чтобы α-распад шел, необходимо (но не достаточно), чтобы он был энергетически возможен, то есть масса исходного ядра должна быть > суммы масс образующихся ядер. Разность энергетического покоя исходного ядра и продуктов распада, равная по абсолютной величине энергии связи, выделяется в виде кинетической энергии α-частиц и ядра отдачи: Эта энергия распределяется между α-частицей и ядром-продуктом таким образом, чтобы выполнялся закон сохранения импульса Считая, что распадающиеся ядро покоится, получаем , откуда или . Таким образом, подавляющую часть кинетической энергии, выделяющейся при α-распаде, уносит α-частица, и лишь незначительная ее доля (около 2% для тяжелых α-радиоактивных ядер) приходится на ядро-продукт. жүктеу/скачать 1,73 Mb. Достарыңызбен бөлісу:
|