Альфа распад что происходит

Альфа-распад: что это такое и что происходит в процессе альфа-распада

Содержание:

Квантовая физика – наиболее непонятный для человеческого сознания раздел науки о законах природы. Микромир абсолютно не такой, как окружающий, его элементы ведут себя иначе, процессы в них протекают на порядки быстрее. Атомные ядра одних химических элементов могут существовать сколь угодно долго, других – самопроизвольно превращаются в ядра иных элементов. Этот процесс называется радиоактивностью.

Понятие радиоактивности

В зависимости от типа излучаемых частиц различают несколько видов изменения состава ядер: альфа, бета, гамма.

Альфа-распад – это процесс самопроизвольного разложения ядра на ядро-продукт (дочернее) и альфа-частицу, представленную гелием 24He. Изначально предполагалось, что нестабильными являются только атомные ядра элементов, массовое число которых выше 140. Позже эксперименты показали, что испусканию α-частиц (нестабильны) подвержены химические элементы, порядковый номер которых не менее 83 – висмут. Это не значит, что все расположенные за свинцом (номер 82) элементы опасны для живых организмов.

Альфа распад что происходит. 41236c1eb55e1e64c0c26e5c53567ad6d75df509. Альфа распад что происходит фото. Альфа распад что происходит-41236c1eb55e1e64c0c26e5c53567ad6d75df509. картинка Альфа распад что происходит. картинка 41236c1eb55e1e64c0c26e5c53567ad6d75df509

В тяжёлых ядрах находятся частицы с положительным зарядом, сформированные парой протонов и нейтронов – гелий 4. Они более подвержены воздействию сил Кулона, чем единичный протон, меньше притягиваются к ядерным нуклонам. Образовавшись, альфа-частица с определённой вероятностью отталкивается от потенциального барьера, но может и преодолеть его. Со снижением потенциала пары протоны-нейтроны её проницательная способность падает по экспоненте. Отсюда следует, что нестабильные ядра с малой энергией α-частиц обладают большим временем жизни. Она вычисляется по формуле:

Альфа распад что происходит. 60de818260986ae601d8097117232768854ea082. Альфа распад что происходит фото. Альфа распад что происходит-60de818260986ae601d8097117232768854ea082. картинка Альфа распад что происходит. картинка 60de818260986ae601d8097117232768854ea082 где e – число Эйлера или основание натурального логарифма.

Формула альфа-распада

Скорость, с которой пара протоны-нейтроны преодолевает потенциальный барьер, у неодима достигает 9 400 км/с, для полония – 23 700 км/с. Формула альфа-распада следующая:

Альфа распад что происходит. 4b1cda0c1260fd76c6d4e61e9e1593038c237c82. Альфа распад что происходит фото. Альфа распад что происходит-4b1cda0c1260fd76c6d4e61e9e1593038c237c82. картинка Альфа распад что происходит. картинка 4b1cda0c1260fd76c6d4e61e9e1593038c237c82

ZAX > Z-2A-4Y+24He, где:

При α-распаде массовое число ядра снижается на четыре, а заряд – на два – радиоактивный элемент понижается в периодической системе на два номера. Например, борий (107) распадается на гелий и дубиний (107). Изначально испускаемые изотопами ядра альфа-частицы имеют одинаковую кинетическую энергию или два-три её значения.

Источник

Что такое альфа-распад?

Альфа распад что происходит. 8555 6. Альфа распад что происходит фото. Альфа распад что происходит-8555 6. картинка Альфа распад что происходит. картинка 8555 6

Британский физик Эрнест Резерфорд впервые описал альфа-частицу в 1899 году. Он также различал и называл альфа-и бета-излучение. Однако только в 1928 году Джордж Гамов решил теорию альфа-распада с помощью квантового туннелирования.

В этой обзорной статье мы объяснили, почему происходит альфа-распад, что на самом деле происходит в этом процессе, каковы его первичные источники и имеет ли он какие-либо неблагоприятные последствия. Но давайте начнем с основ.

Что такое альфа-распад?

Поскольку альфа-частица содержит массу в четыре единицы и два положительных заряда, ее выброс из ядра приводит к образованию дочернего ядра с массой на четыре единицы меньше и атомным номером на две единицы меньше (чем у ее родительского ядра).

Уравнение

В ядерной физике формула или уравнение альфа-распада могут быть записаны как:

Альфа распад что происходит. 8555. Альфа распад что происходит фото. Альфа распад что происходит-8555. картинка Альфа распад что происходит. картинка 8555

В ядерном уравнении альфа-частица обычно показывается без учета заряда (однако, она содержит заряд +2e).

Альфа-распад происходит только в тяжелых нуклидах. Теоретические расчеты показывают, что этот тип распада может происходить в ядрах, немного более тяжелых, чем никель (атомное число 28). В реальном мире, однако, он был обнаружен только в нуклидах, значительно более тяжелых, чем никель.

Теллур (атомное число 52) является самым легким элементом, чьи изотопы (от 104 Те до 109 Те), как известно, претерпевают альфа-распад. Однако есть некоторые исключительные случаи, такие как изотоп бериллия ( 8 Be), который распадается на две альфа-частицы.

Примеры

Альфа распад что происходит. 8555 1. Альфа распад что происходит фото. Альфа распад что происходит-8555 1. картинка Альфа распад что происходит. картинка 8555 1

Наиболее популярным примером такого рода ядерной трансмутации является распад урана. Уран-238 (самый распространенный изотоп урана, встречающийся в природе) распадается с образованием тория-234.

Как видите, сумма индексов (масс и атомных номеров) остается одинаковой с каждой стороны уравнения.

Торий также становится радием

Нептуний превращается в протактиний

Платина становится Осмием

Гадолиний становится самарием

Итак, три вещи происходят в альфа-распаде:
1. Тяжелое (родительское) ядро ​​распадается на две части.
2. Альфа-частица выбрасывается в пространство.
3. У оставшегося (дочернего) ядра его массовое число уменьшено на четыре, а его атомное число уменьшено на два.

Почему происходит альфа-распад?

Альфа распад что происходит. 8555 2. Альфа распад что происходит фото. Альфа распад что происходит-8555 2. картинка Альфа распад что происходит. картинка 8555 2

Однако, когда общая разрушительная электромагнитная сила преодолевает ядерную, атомное ядро распадается на две или более частей. Исследования показывают, что ядро, содержащее более 209 нуклонов, настолько велико, что электромагнитное отталкивание между его протонами часто побеждает притягивающую ядерную силу, удерживающую его.

Это происходит потому, что сила ядерной силы быстро падает за пределы одного фемтометра, в то время как электромагнитная сила сохраняет такую ​​же силу на больших расстояниях.

Классическая физика не позволяет альфа-частицам избегать сильных ядерных сил внутри ядра. Квантовая механика, однако, позволяет альфа-частицам убегать через квантовое туннелирование, даже если они не обладают достаточной энергией для преодоления ядерной силы.

Основной источник альфа-распада

Альфа-частицы в основном испускаются более тяжелыми атомами (атомный номер> 106), такими как торий, уран, радий и актиний. Фактически, почти 99 процентов гелия, генерируемого на Земле, происходит от альфа-распада подземных минералов, состоящих из тория или урана.

Некоторые искусственные изотопы испускают альфа-частицы: например, радиоизотопы кюрия, америция и плутония. Они создаются в ядерном реакторе путем поглощения нейтронов различными изотопами урана.

Высокоэнергетические ядра гелия также могут быть искусственно созданы ускорителями частиц, такими как синхротрон и циклотроны. Однако их обычно не называют альфа-частицами.

Это опасно?

Как правило, выброшенные альфа-частицы имеют кинетическую энергию 5 Мегаэлектронвольт, и они движутся со скоростью почти 5 процентов скорости света. Поскольку они несут + 2e электрический заряд и имеют большую массу, они могут легко взаимодействовать с другими атомами и терять свою энергию.

Хотя альфа-распад является сильно ионизирующим излучением частиц, он имеет низкую глубину проникновения. Движение вперед альфа-частиц может быть остановлено куском бумаги, толстым слоем воздуха или внешними слоями кожи человека.

Альфа распад что происходит. 8555 3. Альфа распад что происходит фото. Альфа распад что происходит-8555 3. картинка Альфа распад что происходит. картинка 8555 3

Уровень проникновения альфа, бета и гамма частиц

Они не опасны для жизни, если источник не вдыхается, не проглатывается и не вводится. Если радиоактивное вещество, разлагающее альфа-частицу, попадает в организм, оно может быть в 20 раз опаснее гамма-излучения. Большие дозы могут привести к радиационному отравлению. Полоний-210, сильный альфа-излучатель, играет ключевую роль при раке мочевого пузыря и легких.

Хотя альфа-частицы не могут проникнуть сквозь кожу человека, они могут повредить роговицу. Некоторые альфа-источники также сопровождаются бета-излучающими ядрами, которые, в свою очередь, сопровождаются испусканием гамма-фотонов.

Радон является одним из крупнейших источников дозы облучения населения. При вдыхании некоторые его частицы прикрепляются к внутренней оболочке легкого и в конечном итоге повреждают клетки в ткани легкого.

Применения

Альфа распад что происходит. 8555 4. Альфа распад что происходит фото. Альфа распад что происходит-8555 4. картинка Альфа распад что происходит. картинка 8555 4

Принцип работы детектора дыма

Радиоактивные источники альфа-частиц используются в детекторах дыма. Америций-241, например, выделяет альфа-частицы, которые ионизируют воздух внутри детектора. Когда дым попадает в оборудование, он поглощает излучение, вызывая тревогу.

Альфа-частицы из полония-210 используются для устранения статического электричества из оборудования. Альфа-частицы притягивают свободные электроны, уменьшая потенциал местного статического электричества. Этот метод широко применяется на бумажных фабриках.

Рентгеновская спектроскопия альфа-частиц используется для определения состава пород и грунтов. НАСА использовало этот процесс на Марсовом разведывательном ровере для сбора криволинейных данных, данных о погоде и активности воды на Марсе.

Альфа распад что происходит. 8555 5. Альфа распад что происходит фото. Альфа распад что происходит-8555 5. картинка Альфа распад что происходит. картинка 8555 5

Гранула из 238 PuO 2, используемая в РТГ для космических миссий. Пеллета светится красным цветом из-за тепла, генерируемого альфа-распадом | Изображение предоставлено: Викимедиа

Космические агентства используют радиоизотопные термоэлектрические генераторы (РТГ) для питания различных космических аппаратов и спутников, включая «Вояджер 1/2» и «Пионер 10/11». Эти генераторы используют плутоний-238 для работы в качестве долговременной батареи. Плутоний-238 испускает альфа-излучение, в результате чего образуется тепло, которое преобразуется в электричество.

В настоящее время ученые работают над тем, чтобы использовать разрушительные источники альфа-излучения для лечения рака. Они пытаются направить небольшое количество альфа-частиц в опухолевые клетки. Поскольку эти частицы имеют небольшую глубину проникновения, они могут остановить рост опухоли или, возможно, уничтожить ее, не затрагивая окружающие здоровые ткани. Этот вид лечения известен как негерметичная лучевая терапия.

Источник

Альфа распад что происходит. tabl2. Альфа распад что происходит фото. Альфа распад что происходит-tabl2. картинка Альфа распад что происходит. картинка tabl2

Альфа-распад Альфа распад что происходит. equation 01. Альфа распад что происходит фото. Альфа распад что происходит-equation 01. картинка Альфа распад что происходит. картинка equation 01

При альфа-распаде излучается α-частица (ядро

Альфа распад что происходит. %D0%B0%D0%BB%D1%8C%D1%84%D0%B0%20%D1%80%D0%B0%D1%81%D0%BF%D0%B0%D0%B4. Альфа распад что происходит фото. Альфа распад что происходит-%D0%B0%D0%BB%D1%8C%D1%84%D0%B0%20%D1%80%D0%B0%D1%81%D0%BF%D0%B0%D0%B4. картинка Альфа распад что происходит. картинка %D0%B0%D0%BB%D1%8C%D1%84%D0%B0%20%D1%80%D0%B0%D1%81%D0%BF%D0%B0%D0%B4

Альфа-распад – это внутриядерный процесс. В составе тяжелого ядра за счет сложной картины сочетания ядерных и электростатических сил образуется самостоятельная α-частица, которая выталкивается кулоновскими силами гораздо активнее остальных нуклонов. При определенных условиях она может преодолеть силы ядерного взаимодействия и вылететь из ядра.

Альфа распад что происходит. %D0%B1%D0%B5%D1%82%D1%82%D0%B0%20%D1%80%D0%B0%D1%81%D0%BF%D0%B0%D0%B47. Альфа распад что происходит фото. Альфа распад что происходит-%D0%B1%D0%B5%D1%82%D1%82%D0%B0%20%D1%80%D0%B0%D1%81%D0%BF%D0%B0%D0%B47. картинка Альфа распад что происходит. картинка %D0%B1%D0%B5%D1%82%D1%82%D0%B0%20%D1%80%D0%B0%D1%81%D0%BF%D0%B0%D0%B47

При бета-распаде излучается электрон (β-частица). В результате распада одного нейтрона на протон, электрон и антинейтрино, состав ядра увеличивается на один протон, а электрон и антинейтрино излучаются вовне. Соответственно, Альфа распад что происходит. 741450. Альфа распад что происходит фото. Альфа распад что происходит-741450. картинка Альфа распад что происходит. картинка 741450образовавшийся элемент смещается в периодической системе на одну клетку вперед.

Альфа распад что происходит. 560px Beta minus Decay.svg. Альфа распад что происходит фото. Альфа распад что происходит-560px Beta minus Decay.svg. картинка Альфа распад что происходит. картинка 560px Beta minus Decay.svg

Гамма-распад

Альфа распад что происходит. beta radiation. Альфа распад что происходит фото. Альфа распад что происходит-beta radiation. картинка Альфа распад что происходит. картинка beta radiationГамма-распад – это излучение гамма-квантов ядрами в возбужденном состоянии, при котором они обладают большой по сравнению с невозбужденным состоянием энергией. В возбужденное состояние ядра могут приходить при ядерных реакциях либо при радиоактивных

Альфа распад что происходит. 0005 005 Pri radioaktivnom raspade rozhdajutsja alfa luchi jadra atoma gelija. Альфа распад что происходит фото. Альфа распад что происходит-0005 005 Pri radioaktivnom raspade rozhdajutsja alfa luchi jadra atoma gelija. картинка Альфа распад что происходит. картинка 0005 005 Pri radioaktivnom raspade rozhdajutsja alfa luchi jadra atoma gelija

Существуют распады с эмиссией нейтрона, протона, кластерная радиоактивность и некоторые другие, очень редкие виды распадов. Но превалирующие виды радиоактивности это альфа, бета и гамма распад.

Изменение заряда ядра Z

Изменение массового числа А

Вылет α-частицы – системы двух протонов и двух нейтронов, соединенных воедино

Взаимные превращения в ядре нейтрона ( Альфа распад что происходит. image1059. Альфа распад что происходит фото. Альфа распад что происходит-image1059. картинка Альфа распад что происходит. картинка image1059) и протона ( Альфа распад что происходит. image1061. Альфа распад что происходит фото. Альфа распад что происходит-image1061. картинка Альфа распад что происходит. картинка image1061)

Альфа распад что происходит. image1063. Альфа распад что происходит фото. Альфа распад что происходит-image1063. картинка Альфа распад что происходит. картинка image1063

Альфа распад что происходит. image1065. Альфа распад что происходит фото. Альфа распад что происходит-image1065. картинка Альфа распад что происходит. картинка image1065

Альфа распад что происходит. image1065. Альфа распад что происходит фото. Альфа распад что происходит-image1065. картинка Альфа распад что происходит. картинка image1065

Альфа распад что происходит. image1068. Альфа распад что происходит фото. Альфа распад что происходит-image1068. картинка Альфа распад что происходит. картинка image1068и Альфа распад что происходит. image1070. Альфа распад что происходит фото. Альфа распад что происходит-image1070. картинка Альфа распад что происходит. картинка image1070– электронное нейтрино и антинейтрино

Деление ядра обычно на два осколка, имеющих приблизительно равные массы и заряды

Источник

Ядерные распады: 2. Альфа-распад

Альфа распад что происходит. time nuclear 1 alpha. Альфа распад что происходит фото. Альфа распад что происходит-time nuclear 1 alpha. картинка Альфа распад что происходит. картинка time nuclear 1 alpha

Альфа-распад ядра урана-238. Этот схематичный рисунок не поясняет, как так получается, что ядро, несмотря на сильное притяжение, отпускает альфа-частицу. Изображение с сайта ck12.org

Начнем знакомство с разными вариантами распада нестабильных ядер — и с разными способами удерживать ядро от мгновенного развала — с альфа-распада. Альфа-частица — это просто ядро атома гелия, два протона и два нейтрона. Такая комбинация скреплена ядерными силами особенно крепко. Поэтому если уж тяжелое ядро и готово потерять лишние протоны и нейтроны, то они, как правило, вылетают именно в форме альфа-частицы. Этот процесс и называется альфа-распадом.

Вообще-то, ядро просто так альфа-частицу не отпустит: всё-таки между ними действуют ядерные силы притяжения. Вот если бы частица уже оторвалась от ядра и отошла бы на заметное расстояние, то тогда бы силы электрического отталкивания между ними развели бы их прочь. Но проникнуть в эту область просто так не получится — на пути к свободе альфа-частице надо как-то преодолеть высокий и широкий барьер потенциальной энергии. Он не пускает частицу и тем самым предотвращает моментальный альфа-распад ядра. Альфа-частица словно мечется в ядре, постоянно натыкаясь на потенциальный барьер.

Альфа распад что происходит. time nuclear 5 alpha mechanism 703. Альфа распад что происходит фото. Альфа распад что происходит-time nuclear 5 alpha mechanism 703. картинка Альфа распад что происходит. картинка time nuclear 5 alpha mechanism 703 Альфа распад что происходит. zoomnw2. Альфа распад что происходит фото. Альфа распад что происходит-zoomnw2. картинка Альфа распад что происходит. картинка zoomnw2

Мощные ядерные силы не дают альфа-частице просто так вылететь из ядра. Она мечется внутри ядра, делая много попыток вылететь наружу, но каждый раз ядерные силы заворачивают ее обратно. Стрелка «туда-сюда» показывает эти неудачные попытки. И только спустя очень много таких циклов альфа-частица туннелирует, оказывается вдруг за пределами действия ядерных сил и улетает прочь из-за электростатического отталкивания. Изображение с сайта scienceblogs.com, с изменениями

По счастью, в квантовой механике частицы не локализованы, а немножко размазаны в пространстве. Поэтому с какой-то пусть очень маленькой, но всё же ненулевой вероятностью альфа-частица рано или поздно сможет оказаться по ту сторону барьера. Частица туннелирует, проходит потенциальный барьер насквозь, несмотря на то, что ей не хватает энергии переползти этот барьер поверху. И вот теперь, наконец-то оказавшись по ту сторону барьера, частица чувствует только электрическое отталкивание и с удовольствием улетает прочь.

Альфа распад что происходит. time nuclear 3 tunnel. Альфа распад что происходит фото. Альфа распад что происходит-time nuclear 3 tunnel. картинка Альфа распад что происходит. картинка time nuclear 3 tunnel

Тот же туннельный эффект, что на прошлом рисунке, но теперь в виде графика. Здесь на обоих рисунках показана потенциальная энергия альфа-частицы внутри и вблизи ядра. Вверху: упрощенное изображение альфа-частицы как маленькой компактной частички материи. Внизу: более точное изображение альфа-частицы в виде квантовой волны, которая просачивается сквозь потенциальный барьер наружу. На фотографии — Георгий Гамов, впервые описавший альфа-распад как квантовый туннельный эффект. Изображение с сайта laradioactivite.com

Время жизни ядра, готового к альфа-распаду, определяется свойствами этого барьера. Чем выше и шире барьер, тем меньше вероятность просочиться наружу, а значит, тем дольше придется ждать для того, чтобы альфа-распад произошел. В одних случаях барьер очень труднопреодолимый, и время жизни ядра получается безумно большим, вплоть до миллиардов лет. В других случаях барьер оказывается хиленьким, и распад происходит очень быстро. Например, самое простое ядро, способное испытывать альфа-распад — бериллий-8, 8 Be — содержит четыре протона и четыре нейтрона, и потому оно с огромным удовольствием распадается на две альфа-частицы. Его время жизни было измерено полвека назад и составляет 10 −16 с = 100 ас. Заметьте, что это хоть и быстрый распад, но по ядерным масштабам он всё-таки занимает порядка миллиона типичных ядерных циклов.

Между прочим, тот факт, что ядро 8 Be настолько нестабильно, имеет огромное значение для синтеза химических элементов во Вселенной и в конечном итоге — для жизни! В недрах звезд водород постепенно сгорает и превращается в гелий. Ядра гелия, альфа-частицы, постоянно летают, сталкиваются друг с другом и время от времени образуют бериллий-8. Если бы это ядро было стабильным или хотя бы долгоживущим, то на него быстро налипли бы новые альфа-частицы, получился бы углерод, азот и так далее. Иными словами, весь гелий бы очень быстро выгорел. В реальности же 8 Be распадается столь быстро, что редко когда в него успевает воткнуться еще одна альфа-частица. Именно поэтому гелий в звездах так просто не горит. Лишь на очень поздних этапах, когда давление в звезде повышается, процесс тройного превращения альфа-частиц в углерод через промежуточный бериллий-8 запускается на полную катушку.

Источник

Альфа распад что происходит

Явление α-распада состоит в том, что атомные ядра самопроизвольно испускают из основного состояния α-частицы – ядра 4 He. При этом массовое число ядра A уменьшается на четыре единицы, а заряд ядра Z − на две единицы:

Альфа распад что происходит. ract02 01. Альфа распад что происходит фото. Альфа распад что происходит-ract02 01. картинка Альфа распад что происходит. картинка ract02 01

Рис. 2.1. Зависимость периода полураспада радиоактивного элемента от кинетической энергии α-частицы естественно радиоактивного элемента. Штриховая линия – закон Гейгера-Нэттола.

Для четно-четных изотопов зависимость периода полураспада от энергии α-распада Qα описывается эмпирическим законом Гейгера-Неттола

где A и B – константы, слабо зависящие от Z. С учётом заряда ядра Z связь между периодом полураспада T1/2 и энергией α-распада может быть представлена в виде

где Z − заряд конечного ядра, период полураспада T1/2 выражен в секундах, а энергия α-частицы Eα − в МэВ. На рис. 2.1 показаны экспериментальные значения периодов полураспада для α-радиоактивных четно-четных изотопов (Z изменяется от 74 до 106) и их описание с помощью соотношения (2.3).
Для нечетно-четных, четно-нечетных и нечетно-нечетных ядер общая тенденция зависимости
lg T1/2 от Qα сохраняется, но периоды полураспада в 2–100 раз больше, чем для четно-четных ядер с теми же Z и Qα.
Для того чтобы происходил α-распад, необходимо, чтобы масса исходного ядра M(A,Z) была больше суммы масс конечного ядра M(A-4, Z-2) и α-частицы Mα:

В результате α-распада ядра (A,Z) в конечном состоянии образуются два продукта распада: α-частица и ядро (A-4, Z-2). Поэтому энергия α‑частицы Eα имеет фиксированное значение, определяемое законами сохранения энергии и импульса

Альфа распад что происходит. ract02 03. Альфа распад что происходит фото. Альфа распад что происходит-ract02 03. картинка Альфа распад что происходит. картинка ract02 03
Рис. 2.3. Энергии α‑частиц Eα в зависимости от числа нейтронов N
в исходном ядре. Линии соединяют изотопы одного и того же химического элемента.

Упрощенная схема совместного действия ядерного потенциала притяжения и кулоновского потенциала отталкивания показана на рисунке 2.4. Для того, чтобы выйти за пределы ядра α-частица с энергией Eα должна пройти сквозь потенциальный барьер, заключенный в области от R до Rc. Вероятность α-распада в основном определяется вероятностью D прохождения α-частицы через потенциальный барьер

Альфа распад что происходит. egract02 02. Альфа распад что происходит фото. Альфа распад что происходит-egract02 02. картинка Альфа распад что происходит. картинка egract02 02

В рамках этой модели удалось объяснить сильную зависимость вероятности αраспада от энергии α-частицы.

Альфа распад что происходит. ract02 04. Альфа распад что происходит фото. Альфа распад что происходит-ract02 04. картинка Альфа распад что происходит. картинка ract02 04
Рис. 2.4. Потенциальная энергия α-частицы. Потенциальный барьер.

Для того чтобы рассчитать постоянную распада λ, надо коэффициент прохождения α-частицы через потенциальный барьер умножить, во-первых, на вероятность wα того, что α‑частица образовалась в ядре, и, во-вторых, на вероятность того, что она окажется на границе ядра. Если α‑частица в ядре радиуса R имеет скорость v, то она будет подходить к границе в среднем ≈ v/2R раз в секунду. В результате для постоянной распада λ получается соотношение

Альфа распад что происходит. ract02 05. Альфа распад что происходит фото. Альфа распад что происходит-ract02 05. картинка Альфа распад что происходит. картинка ract02 05
Рис. 2.5. Зависимость энергии α-распада Qα изотопов Hf (Z = 72)
от массового числа A.

Зависимость энергии α-распада Qα, периода полураспада T1/2,
различных мод распада изотопов H f (Z = 72) от массового числа A

Изотопы Hf c A = 176–180 являются стабильными изотопами. Эти изотопы также имеют положительную энергию α‑распада. Однако энергия α-распада

Альфа распад что происходит. vecj1. Альфа распад что происходит фото. Альфа распад что происходит-vecj1. картинка Альфа распад что происходит. картинка vecj1i = Альфа распад что происходит. vecj1. Альфа распад что происходит фото. Альфа распад что происходит-vecj1. картинка Альфа распад что происходит. картинка vecj1f + Альфа распад что происходит. vecj1. Альфа распад что происходит фото. Альфа распад что происходит-vecj1. картинка Альфа распад что происходит. картинка vecj1.

Так как α-частица имеет нулевой спин, её полный момент J совпадает с уносимым α-частицей орбитальным моментом количества движения l

Альфа распад что происходит. vecj1. Альфа распад что происходит фото. Альфа распад что происходит-vecj1. картинка Альфа распад что происходит. картинка vecj1= Альфа распад что происходит. vecl1. Альфа распад что происходит фото. Альфа распад что происходит-vecl1. картинка Альфа распад что происходит. картинка vecl1.

В результате возникает квантовомеханический центробежный барьер.

Относительная проницаемость центробежного барьера для α-частиц,
вылетающих с орбитальным моментом l
(Z = 90, Eα = 4.5 МэВ)

Более существенным фактором, способным резко перераспределить вероятности различных ветвей α-распада, может оказаться необходимость значительной перестройки внутренней структуры ядра при испускании α‑частицы. Если начальное ядро сферическое, а основное состояние конечного ядра сильно деформировано, то для того чтобы эволюционировать в основное состояние конечного ядра, исходное ядро в процессе испускания α‑частицы должно перестроиться, сильно изменив свою форму. В подобном изменении формы ядра обычно участвует большое число нуклонов и такая малонуклонная система, как αчастица, покидая ядро, может оказаться не в состоянии его обеспечить. Это означает, что вероятность образования конечного ядра в основном состоянии будет незначительной. Если же среди возбужденных состояний конечного ядра окажется состояние близкое к сферическому, то начальное ядро может без существенной перестройки перейти в него в результате αраспада Вероятность заселения такого уровня может оказаться большой, значительно превышающей вероятность заселения более низколежащих состояний, включая основное.
Из диаграмм α-распада изотопов 253 Es, 225 Ac, 225 Th, 226 Ra видны сильные зависимости вероятности α-распада на возбужденные состояния от энергии α-частицы и от орбитального момента l, уносимого α-частицей.
α-распад также может происходить из возбужденных состояний атомных ядер. В качестве примера в таблицах 2.3, 2.4 приведены моды распада основного и изомерного состояний изотопов 151 Ho и 149 Tb.

α-распады основного и изомерного состояний 151 Ho

151 HoЭнергия, кэВСпин четность J PПериод
полураспада
Каналы
распада, %
Основное состояние0.0(11/2) –35.2 ce, 78;
α, 22
Изомерное состояние0.40(1/2) +47.2 cα, 80;
e, 20

α-распады основного и изомерного состояний 149 Tb

149 TbЭнергия, кэВСпин четность J PПериод
полураспада
Каналы
распада, %
Основное состояние0.0(1/2) +4.2 чe, 83.3;
α, 16.7
Изомерное состояние35.8(11/2) –4.2 минα, 99.98;
e, 0.02

На рис. 2.6 приведены энергетические диаграммы распада основного и изомерного состояний изотопов 149 Tb и 151 Ho.

Альфа распад что происходит. ract02 06. Альфа распад что происходит фото. Альфа распад что происходит-ract02 06. картинка Альфа распад что происходит. картинка ract02 06
Рис. 2.6 Энергетические диаграммы распада основного и изомерного состояний изотопов 149 Tb и 151 Ho.

Альфа распад что происходит. ract02 07. Альфа распад что происходит фото. Альфа распад что происходит-ract02 07. картинка Альфа распад что происходит. картинка ract02 07
Альфа распад что происходит. ract02 08. Альфа распад что происходит фото. Альфа распад что происходит-ract02 08. картинка Альфа распад что происходит. картинка ract02 08

Наибольшая энергия α-частиц Eα = 6.04 МэВ соответствует переходу в основное состояние 223 Ra. Следующий максимум отвечает переходу на первое возбужденное состояние 223 Raс энергией 0.0298 МэВ.
Максимум в районе 5.75 МэВ соответствует распаду на возбужденное состояние 0.2861 МэВ. Измеряя энергию α-частиц можно определить энергетические уровни ядра 223 Ra.

Альфа распад что происходит. ract02 09. Альфа распад что происходит фото. Альфа распад что происходит-ract02 09. картинка Альфа распад что происходит. картинка ract02 09

Альфа распад что происходит. ract02 10. Альфа распад что происходит фото. Альфа распад что происходит-ract02 10. картинка Альфа распад что происходит. картинка ract02 10
Фотография пробегов α-частиц в камере Вильсона, испускаемых радиоактивным изотопом. Видны два более длинных следа, соответствующих распаду из возбужденного состояния.

Некоторые радиоактивные изотопы испускают небольшое количество α‑частиц с энергией больше, чем энергия распада ядра (A,Z) в основное состояние ядра
(A-4,Z-2) − длиннопробежные α-частицы. Появление в спектре длиннопробежных α-частиц обусловлено α-распадом ядра (A,Z) из возбужденных состояний на основное и низковозбужденное состояние ядра (A-4,Z-2). Пробег α‑частиц Rα с энергией
2–10 МэВ в воздухе при комнатной температуре и нормальном давлении связан с её энергией Eα эмпирической формулой

Пробеги α-частиц Rα с энергией Eα = 2 –10 МэВ в воздухе приведены в таблице.

Прохождение α-частицы сквозь потенциальный барьер

Альфа распад что происходит. ract02 04. Альфа распад что происходит фото. Альфа распад что происходит-ract02 04. картинка Альфа распад что происходит. картинка ract02 04

Поле, в котором движется α-частица, вылетающая из ядра, имеет характерную форму барьера. Вплоть до поверхности ядра ядерные силы притяжения удерживают α-частицу в ядре. На расстояниях больше радиуса атомного ядра – это кулоновские силы отталкивания. Поэтому по мере удаления α‑частицы от центра ядра её потенциальная энергия вначале растёт, достигая максимума, а затем падает до нуля на бесконечности.
Можно выделить три области.

На рисунке показана зависимость потенциальной энергии взаимодействия между альфа-частицей и конечным ядром от расстояния между их центрами. Кулоновский потенциал обрезается на расстоянии R, которое приблизительно равно радиусу конечного ядра. Высота кулоновского барьера Bk определяется соотношением

Альфа распад что происходит. egract02 05. Альфа распад что происходит фото. Альфа распад что происходит-egract02 05. картинка Альфа распад что происходит. картинка egract02 05.

Z и z − заряды (в единицах заряда электрона e) конечного ядра и α‑частицы соответственно. Например, для 238 U Bk ≈ 30 МэВ.
Вероятность прохождения α-частицы с энергией Eα сквозь потенциальный барьер
V(r).

Альфа распад что происходит. egract02 02. Альфа распад что происходит фото. Альфа распад что происходит-egract02 02. картинка Альфа распад что происходит. картинка egract02 02

Проверка выполнения закона сохранения четности в α-распаде

Альфа распад что происходит. ract02 11. Альфа распад что происходит фото. Альфа распад что происходит-ract02 11. картинка Альфа распад что происходит. картинка ract02 11

Альфа распад что происходит. ract02 12. Альфа распад что происходит фото. Альфа распад что происходит-ract02 12. картинка Альфа распад что происходит. картинка ract02 12
α-распад изотопа 253 Es

Допустимые значения орбитального момента l, который может унести α-частица ограничены законами сохранения момента количества движения и чётности.

Альфа распад что происходит. ract02 13. Альфа распад что происходит фото. Альфа распад что происходит-ract02 13. картинка Альфа распад что происходит. картинка ract02 13
α-распады изотопов 226 Ra и 225 Ac

При α-распаде конечное ядро может оказаться не только в основном но и в одном из возбужденных состояний. Распады на возбужденные состояния приводят к тонкой структуре энергетического спектра вылетающих α-частиц.
Сильная зависимость вероятности α-распада от энергии α-частицы приводит к тому, что распады на возбужденные состояния конечного ядра происходят с очень низкой интенсивностью, потому что при возбуждении конечного ядра уменьшается энергия α-частицы. Экспериментально удается наблюдать распады на вращательные уровни, имеющие относительно низкие энергии возбуждения.

Альфа распад что происходит. ract02 15. Альфа распад что происходит фото. Альфа распад что происходит-ract02 15. картинка Альфа распад что происходит. картинка ract02 15
α-распад изотопа 241 Am

Альфа распад что происходит. ract02 16. Альфа распад что происходит фото. Альфа распад что происходит-ract02 16. картинка Альфа распад что происходит. картинка ract02 16
Распад изотопа 152 Er.

Практически все тяжелые ядра Z > 83 имеют положительную энергию относительно α-распада, т.к. масса исходного ядра (A,Z) оказывается больше суммы масс α-частицы и образующегося в результате α-распада ядра (A-4,Z-2). Поэтому возможны цепочки последовательных α-распадов ядер.
Наиболее тяжелые из встречающихся на Земле долгоживущих радиоактивных изотопов – это изотопы 235 U, 238 U и 232 Th. Распадаясь эти изотопы образуют дочерние изотопы, которые также являются радиоактивными и распадаются в результате α- и β-распада пока не образуются стабильные изотопы 206 Pb, 207 Pb и 208 Pb.
Возможны 4 цепочки последовательных α-распадов, образующих 4 радиоактивных семейства с массовыми числами A равными соответственно 4n, 4n+1, 4n+2 и 4n+3, где n − целое число.
Изотопы, образующиеся в результате радиоактивного распада 235 U, 238 U и 232 Th, образуют 3 радиоактивные семейства. Массовые числа изотопов, входящих в каждое семейство, описываются соотношением 4n+C (таблица 2.5).

СемействоНаиболее
долгоживущий
изотоп семейства
Период полураспада
T1/2
Конечный продукт
распада семейства
A = 4nАльфа распад что происходит. 232th. Альфа распад что происходит фото. Альфа распад что происходит-232th. картинка Альфа распад что происходит. картинка 232th1.4·10 10 летАльфа распад что происходит. 208pb. Альфа распад что происходит фото. Альфа распад что происходит-208pb. картинка Альфа распад что происходит. картинка 208pb
A = 4n+1Альфа распад что происходит. 237np. Альфа распад что происходит фото. Альфа распад что происходит-237np. картинка Альфа распад что происходит. картинка 237np2.2·10 6 летАльфа распад что происходит. 209bi. Альфа распад что происходит фото. Альфа распад что происходит-209bi. картинка Альфа распад что происходит. картинка 209bi
A = 4n+2Альфа распад что происходит. 238u. Альфа распад что происходит фото. Альфа распад что происходит-238u. картинка Альфа распад что происходит. картинка 238u4.5·10 9 летАльфа распад что происходит. 206pb. Альфа распад что происходит фото. Альфа распад что происходит-206pb. картинка Альфа распад что происходит. картинка 206pb
A = 4n+3Альфа распад что происходит. 235u. Альфа распад что происходит фото. Альфа распад что происходит-235u. картинка Альфа распад что происходит. картинка 235u7·10 8 летАльфа распад что происходит. 207pb. Альфа распад что происходит фото. Альфа распад что происходит-207pb. картинка Альфа распад что происходит. картинка 207pb

Альфа распад что происходит. ract02 17. Альфа распад что происходит фото. Альфа распад что происходит-ract02 17. картинка Альфа распад что происходит. картинка ract02 17
Радиоактивное семейство 232 Th (A = 4n).

Процентное содержание 232 Th в естественной смеси изотопов составляет 100%. Период полураспада T1/2( 232 Th) = 1.4·10 10 лет.

Альфа распад что происходит. ract02 18. Альфа распад что происходит фото. Альфа распад что происходит-ract02 18. картинка Альфа распад что происходит. картинка ract02 18
Радиоактивное семейство 237 Np (A = 4n+1)

Период полураспада T1/2( 237 Np) = 2.1·10 6 лет. Т.к. период полураспада 237 Np гораздо меньше времени существования Земли (4÷5·10 9 лет), этот изотоп полностью распался и семейство (A = 4n+1) было обнаружено в результате искусственного образования 237 Np в ядерных реакциях.

Альфа распад что происходит. ract02 19. Альфа распад что происходит фото. Альфа распад что происходит-ract02 19. картинка Альфа распад что происходит. картинка ract02 19
Радиоактивное семейство 238 U (A = 4n+2)

Процентное содержание изотопа
в естественной смеси изотопов, %
Период полураспада, лет
234 U − 0.00522.45·10 5
235 U − 0.72047.04·10 8
238 U − 99.27424.4·10 9

Альфа распад что происходит. ract02 20. Альфа распад что происходит фото. Альфа распад что происходит-ract02 20. картинка Альфа распад что происходит. картинка ract02 20
Радиоактивное семейство 235 U (A = 4n+3).

Источник

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *