Радиоактивные превращения ядер α- распад происходит если Обычно

Радиоактивные превращения ядер α- распад происходит, если Обычно Q > 0 для тяжелых ядер, Z > 82 ; Энергия альфа-распада α Получаем: Для A>100 значение A-4

Данные по альфа-распаду Тонкая структура энергетических спектров альфа-частиц Короткопробежные α: Длиннопробежные α: Основная линия α-спектра:

Энергетические спектры альфа-частиц График энергетических спектров альфа-частиц (линейный - дискретный) Короткопробежные – переход с основного уровня материнского ядра на возбужденные уровни дочернего ядра (на рис ). Переходы: Энергия перераспределяется: Длиннопробежные – переход с возбужденного уровня материнского ядра на основной уровень дочернего ядра (на рис ): Выполняются законы сохранения пространственной четности и момента количества движения:

Известно что: Тунельный переход Узкий интервал по энергии и большой – диапазон по периоду полураспада α Если V=сonst Применительно к альфа-распаду: Если V=V(x)

Прозрачность барьера R- радиус ядра; mα – масса α-частицы; Еэнергия α-распада Значение D получается в виде:

Вероятность альфа-распада Учет центробежного барьера (l): Высота барьера повышается. λ- вероятность α-распада: - в тяжелом ядре много нуклонов Прозрачность барьера: Период полураспада: Изменение на 10% меняет постоянную альфа-распада (λ) примерно в раз. При меньше 2 Мэ. В период полураспада становится настолько большим, что его практически невозможно обнаружить.

Бета - распад n p e Протон удерживается в ядре за счет ядерных сил; другие частицы: е и - вылетают 18 Кэ. В (выделяется при распаде) p е-захват e- орбитальный электрон n Нейтрон также удерживается в ядре за счет ядерных сил Le Кe A, Z К-оболочка ближе к ядру, чем L - оболочка

Бета-спектр Энергетический спектр электронов при бета-распаде (эксперимент) – бета спектр. Непрерывный энергетический спектр Внутри ядра при распаде образуются три частицы: Измеряется pc=300 HR (э. В) p e При альфа-распаде –две частицы MA Непрерывность энергетического спектра Те указывала на существование третьей нейтральной частицы - нейтрино Сохранение лептонного заряда: лептон Антинейтрино (антилептон)

Энергетическое условие бета-распада Бета-распад характерен для многих элементов таблицы Менделеева: 3< A < 250; напомним, что альфа-распад происходит для A > 200 Сохранение полной энергии в реакции распада: - энергия бета-распада Величины М(А, Z) и М(А, Z+1) – это массы ядер. Масса нейтрино взята « 0» . Добавка и вычитание к массам ядер величин энергию через массы нейтральных атомов: позволяет записать

Комбинированные бета-распады Можно обобщить: (1) Процессы происходят, (2) если Е >0 (3) Если процесс (2) энергетически возможен, то могут также происходить реакции (1) и (3):

Последовательность бета-распадов Капельная модель ядра: Мяд А – фиксировано (нечетное) распад Мяд нн 1 2 чч 2 Zуст 3 Z Ядро стремится перейти в состояние к Zуст: слева ( распад) или справа ( распад) Zуст Z+1 Z+2 Z 2 1 Двойной - распад ( ~10*22 лет) 2 3

Запаздывающие нейтроны при - распаде Обнаружено, что при распаде Br возникают запаздывающие нейтроны 87 Br t 0+t t 0 – момент образования 87 Br ~мин n ~10 -23 сек Запаздывание определяется временем - распада, а нейтрон вылетает за время, характерное для ядерных реакций ( яд ~ 10*(-23) сек), но с опозданием, относительно момента распада исходного ядра Состояние воспринимается как метастабильное

Разрешенные и запрещенные переходы На вероятность осуществления ядерных реакций сильно влияет квантовомеханический закон = 0, 1. 4+ 5, 5 Мэ. В 4+ 4, 15 Мэ. В 2 1, 35 Мэ. В 0+ 0 Мэ. В Вероятность бета-распада В процессах 1 и 2 изменение энергии большое. Однако они имеют малую вероятность перехода. Работает правило = 0, 1 Эмпирический параметр

Разрешенные переходы + SN Докажем, что - распад с l =1 маловероятен. Оценка: обычно ср 1 Мэ. В SN Se + SN SN l=1 + S l=0 + Se S e Переходы с l >1 происходят редко. Это соответствует > , что невозможно в классике. Электрон вылетает из ядра. I=0 – соответствует переходу Ферми I=1 l=0 l=1 -маловероятно

Пространственная четность Правая система координат z Левая система координат x y y Теорема Людерса. Паули x z При вращении вокруг оси Z (180 град. ) x=х’ y=y’, но z ≠ z’ Достаточно посмотреть процесс вдоль и против оси z. Оказалось, что четность Р(х ) нарушается при бета-распаде (в слабом взаимодействии), т. е. собственное значение оператора четности изменяется при переходе от правой системы координат к левой. Число распадов, измеренное вдоль и против оси Z – неодинаково. аргумент собственные значения операторов CPT

Несохранение четности при - распаде Опыт мадам Ву Ось z определяется магнитным моментом ядра и совпадает с направлением внешнего поля Н 0 e H 0 Ядра Со поляризованы – мишень охлаждена. Ось Z – фиксирована. Поляризация ядер Со отсутствует – мишень нагрета до комнатной температуры.

Слабое взаимодействие Против времени p распад t w+ взаимодействие n Взаимодействие нейтрино: Учтены законы сохранения зарядов: электрического, барионного, лептонного Поэтому e+

Гамма-излучение ядер

Законы сохранения Сохранение четности Сохранение момента количества движения Поэтому мультиполь Вероятность излучения различных мультиполей разная Поэтому

Вероятность излучения разных мультиполей Вероятность излучения EL и МL сильно отличается Оценка дает Тоже справедливо: Вероятность дипольного излучения электрического типа больше, чем магнитного Сравнение вероятностей излучения мультиполей разного типа для различных энергий перехода

Метастабильное состояние ядер (ядерная изомерия) Ядра, которые долго живут в возбужденном состоянии (сек. , мин. , часы) – называются изомерами. Действуют запрещающие эффекты. Гамма-переход М 4: сильно подавлен Наличие изомерных состояний у бета-радиоактивных ядер приводит к нескольким периодам полураспада. Например ядро имеет два различных периода: 4. 4 час и 18 мин. Происходит много переходов, в том числе два бета-распада:

Внутренняя конверсия Энергия конверсионных электронов Энергия возбуждения ядра W* передается е- атомных оболочек Э/м взаимодействие Коэффициент внутренней конверсии Схема распада изотопа

Сложные радиоактивные распады Многие ядра испытывают разные виды распада. В этом случае энергетическая диаграмма выглядит достаточно сложно Схема распада ядра Bi и его дочерних ядер: Tl и Po