2. Типы радиоактивного распада. Примеры.

На практике значимы типы радиоактивности, которые сопровождаются испусканием (эмиссией) ионизирующего излучения, – альфа- и бета-распад. Альфа-излучение – это эмиссия альфа-частиц (ядер гелия-4), обладающих скоростью около 10 7 м/с. Оно характерно для наиболее тяжелых ядер таблицы Менделеева – в том числе урана, тория и плутония. Проникающая способность альфа-излучения мала, оно полностью задерживается несколькими сантиметрами воздуха или, например, листом бумаги. Бета-излучение – эмиссия электронов, часто обладающих очень высокими (околосветовыми) скоростями. Оно типично для ядер всех масс, соотношение чисел нейтронов и протонов в которых отлично от энергетически наиболее выгодного (для легких ядер – около 1, для тяжелых – примерно 1,5).

Бета-излучателями является большинство радиоактивных продуктов деления урана, а также некоторые природные радионуклиды. Проникающая способность бета-излучения заметно выше, чем у альфа-частиц – чтобы его задержать, необходимы метры воздуха или несколько миллиметров алюминия или оргстекла.

При радиоактивном рапспаде ядер обычно образуется также электромагнитное (квантовое) излучение с очень малой длиной волны – гамма-излучение. Оно обладает очень высокой проникающей способностью: чтобы поглотить его, необходимы десятки сантиметров, а иногда и метры плотных сред. Наилучшей защитой от гамма-излучения являются тяжелые материалы (например, свинец).

α-распад — распад атомных ядер, сопровождающийся испусканием α-частицы (ядра 4He). α-распад происходит в результате сильного взаимодействия Подавляющее большинство α-радиоактивных изотопов расположено в области тяжелых ядер Z>82. α-радиоактивные изотопы располагаются также вблизи границы протонной стабильности

α-распад имеет первоначальное ядро:

A(z,N)  (A-4)(Z-2, N-2) + α

Условия неустойчивости ядра по отношению к α-распаду:

М_Я (Z,N) > М_Я (Z-2, N-2) + m_α

¹²С – самое стабильное ядро С

¹⁴С - T_1/2=5730 лет

¹¹С - T_1/2=20,5 мин

ß-распад — спонтанное превращение ядра (A,Z) в ядро-изобар (A,Z±1) в результате испускания лептонов (электрон и антинейтрино, позитрон и нейтрино), либо поглощения электрона с испусканием нейтрино (е-захват). Большие времена жизни β-радиоактивных ядер объясняются тем, что β-распад происходит в результате слабого взаимодействия.

β-распад — внутринуклонный процесс. В ядре распадается одиночный нуклон. Однако в процессе β-распада происходит перестройка ядра. Поэтому период полураспада и другие характеристики β-распада в значительной степени зависят от того, насколько сложна эта перестройка. Массовое число А при β-распаде не изменяется. Стабильные по отношению к β-распаду ядра при всех А располагаются вокруг значений Zравн с небольшим разбросом в обе стороны за счет индивидуальных особенностей ядер.

ß- -распад

¹⁴С  ß-

A(Z,N)  A(Z+1,N-1) + e^- + _e

_e - антинейтрино

Так распадаются ядра, в кот нейтронов больше, чем нужно для стабильной конфигурации.

ß+ -распад

¹¹С  ß+

A(Z,N)  A(Z-1, N+1) + e⁺ + _e

e⁺ - позитрон; _e – нейтрино

electro capture – электронный захват

A(Z,N)  ^(EC)  A(Z-1, N+1) – этот процесс невозможен в антимире (распад нейтронно-дефицитных ядер) – там это были бы нейтронно-избыточные.

Условие дефицита для распада:

М_Я + (A,Z) > М_Я (Z+1, N-1) - для ß- и ЕС

М_Я + (A,Z) > М_Я (Z-1, N+1) + 2m_e - для ß+

Ядро испускает ē => этот ē н забирает к себе атом

Разное кол-во n, но одинаковое z => изотопы; Разные n, разные z, но одинак масса => изобары

n распадаются ß- распадом: n  p + e^- + _e

Внутри «просеки» М_Я(Z,N) < М_Я(Z,N-1) + n => распад (XY) внутри просеки невозможен.

М_Я(Z,N) < М_Я(Z-1, N+1) + p => распад ( X ) внутри просеки невозможен.

( Y )

В области легких ядер для стабильной конфигурации всегда господствует рав-во N и Z

На графике ядра распадаются с двух сторон вдоль изобарного сечения. Чем стабильнее ядро, тем плотнее оно упаковано.

М_Я(А) < m_n + М_Я(А-1) – условие уст-ти.

В лесу ядро «сплевывает» n.

M/Z = 1 – наиболее выгодно для легких ядер.

²³⁸U: N/Z = 1,54 – для тяжелых ядер