Лекция 6 Виды радиоактивных превращений Физические основы

Лекция № 6 Виды радиоактивных превращений (Физические основы) Различают следующие виды радиоактивных превращений: n альфа- и бета-распад, протонный распад, испускание запаздывающих нейтронов и спонтанное деление ядер. Эти виды распада также могут сопровождаться испусканием электромагнитного фотонного излучения. n

Альфа-распад. n При данном виде распада ядро с атомным номером Z и массовым числом А распадается путем испускания альфа-частицы, что приводит к образованию ядра с атомным номером Z-2 и массовым числом А-4: n В настоящее время известно более 200 альфа-излучающих нуклидов, из которых почти не встречаются легкие и средние ядра.

n n Из легких ядер исключение составляет Be-8, кроме того, известно около 20 альфаизлучающих нуклидов среди РЗЭ. Периоды полураспада известных альфарадиоактивных нуклидов варьируются от 0. 298 мкс для Po-212 до >1015 лет для Nd-144, Hf-174 и ряда других. n Энергия альфа-частиц, испускаемых тяжелыми ядрами из основных состояний, составляет 4 - 9 Мэ. В, а ядрами редкоземельных элементов 2 - 4. 5 Мэ. В.

Вероятность альфа - распада возрастает с ростом Z поскольку этот вид превращения ядер связан с кулоновским отталкиванием, которое по мере увеличения размеров ядер возрастает пропорционально , тогда как ядерные силы притяжения растут линейно с ростом массового числа A. n ядро будет неустойчиво по отношению к - распаду если выполняется n

n неравенство: где и - массы покоя исходного и конечного ядер. - масса альфа-частицы. Энергия α - распада ядер (Еα) складывается из кинетической энергии альфа-частицы, испущенной материнским ядром Тα и кинетической энергии, которую приобретает дочернее ядро в результате испускания альфа-частицы (энергия отдачи) Еотд : Еα = Тα + Еотд ,

n Соотношение между кинетической энергией альфа-частицы (Тα) и энергией альфараспада (Еα) имеет вид: Из уравнения видно, что основную часть энергии альфа-распада (около 98%) уносят альфа-частицы. Кинетическая энергия ядра отдачи составляет величину ≈100 кэ. В (при энергии альфа- распада ≈5 Мэ. В).

Рис. 1. Простейшая схема альфараспада Обычно альфа- спектр имеет тонкую структуру, т. е. ядрами одного и того же нуклида испускаются альфа- частицы с достаточно близкими, но все же отличающимися по величине энергиями. Зная энергию всех альфа-частиц и гаммаквантов, можно построить энергетическую диаграмму распада.

n Пример. Построить схему распада по следующим данным: энергия α-частиц составляет: 4, 46; 4, 48; 4, 61; и 4, 68 Мэ. В; энергия γ-квантов – 0, 07; 0, 13; 0, 20; и 0, 22 Мэ. В. Полная энергия распада 4, 68 Мэ. В. 4, 48 – 4, 46 = 0, 02 Мэ. В - нет γ-квантов 4, 61 – 4, 46 = 0, 15 Мэ. В - нет γ-квантов 4, 61 - 4, 48 = 0, 13 Мэ. В 4, 68 - 4, 46 = 0, 22 Мэ. В 4, 68 - 4, 48 = 0, 20 Мэ. В 4, 68 - 4, 61 = 0, 07 Мэ. В

Схема распада 230 Th

n Вместе с тем возможен и второй случай, когда альфа - переход осуществляется из возбужденного состояния родительского ядра в основное состояние дочернего. Эти случаи принято квалифицировать как появление длиннопробежных альфа-частиц, возможности для испускания которых возникают у возбужденных ядер, образующихся в результате сложного β- распада.

Характерной особенностью альфа- распада является очень сильная зависимость периода полураспада от энергии вылетающей альфа-частицы. Так, при небольшом увеличении энергии -частиц периоды полураспада изменяются на несколько порядков. Так у Th-232 Т =4, 08 Мэ. В, n а у Th- 230 : Т =4, 76 Мэ. В,

n Видно, что уменьшение энергии альфачастиц примерно на 0. 7 Мэ. В. сопровождается увеличением периода полураспада на 6 порядков. При Тα < 2 Мэ. В период полураспада становится настолько большим, что экспериментально обнаружить альфа-активность практически невозможно. Зависимость между периодом полураспада и энергией альфа-частицы была экспериментально установлена Гейгером и Нэттолом в 1911 - 1912 годах.

n Уравнение имеет вид: Полезно запомнить: энергия альфа-частиц, испускаемых радионуклидами, растет с ростом заряда ядра, а для изотопов альфаизлучателей энергия альфа-частиц уменьшается с ростом массового числа.

Источниками запаздывающих нейтронов являются некоторые, как правило, бетаизлучающие осколки деления. При их бетараспаде могут появляться нейтроноизбыточные ядра в сильно возбужденных состояниях. Возбужденные ядра переходят в основное состояние либо путем испускания гамма-квантов, либо путем испускания нейтронов. Оба процесса происходят практически мгновенно, поэтому промежуток времени между испусканием мгновенных нейтронов и запаздывающих нейтронов практически равен периоду полураспада бете-излучающего нуклида- предшественника.