18.5 Основные типы радиоактивности

К основным типам радиоактивности относятся альфа-, бета- и гамма-распады. Рассмотрим более подробно их особенности.

Альфа-распад В этом случае происходит самопроизвольное испускание ядром α-частицы (ядра атома ), и это происходит по схеме

. (18.21)

Установлено, что α-частицы испускают только тяжелые ядра. Кинетическая энергия, с которой α-частицы вылетают из ядра, порядка нескольких МэВ. В воздухе при нормальном давлении пробег α-частиц составляет несколько сантиметров (их энергия расходуется на образование ионов на своем пути).

Альфа-частица возникает только в момент радиоактивного распада ядра. Покидая ядро, ей приходится преодолевать потенциальный барьер, высота которого превосходит ее энергию (рис. 2). Внутренняя сторона барьера обусловлена ядерными силами, внешняя же – силами кулоновского отталкивания α-частицы и дочернего ядра.

Рис. 2

Преодоление α-частицей потенциального барьера в данных условиях происходит благодаря туннельному эффекту. Квантовая теория «позволяет» ей с определенной вероятностью проникнуть сквозь такой барьер. Соответствующий расчет хорошо подтвердился результатами измерений.

Бета-распад Существует несколько типов бета-распадов. В одном из них – электронном, или - распаде, ядро самопроизвольно испускает электрони легчайшую электрически нейтральную частицу со спином ½, которую называют электронным антинейтрино и обозначается. При- распаде у ядра сохраняется массовое число, так что этот распад записывается следующим образом:

(18.22)

Например,

.

Другим типом β –распада является позитронный или - распад. Он протекает по схеме

(18.23)

Здесьобозначение позитрона, абозначение электронного нейтрино.

Например,

.

К разновидности β –распада относится также электронный захват или -захват. Этот процесс состоит в поглощении ядром одного из электронов ближайшей электронной оболочки атома (обычно из-оболочки). При этом испускается электронное нейтрино. Такая реакция записывается следующим образом:

(18.24)

Например, при -захвате

ядро бериллия превращается в ядро лития.

Следует отметить, что -захват всегда сопровождается характеристическим рентгеновским излучением, так как на освободившееся место в-оболочке переходит электрон с вышерасположенной оболочки.

Отличительной чертой β –распада является его внутринуклонное, а не внутриядерное происхождение. Все перечисленные выше процессы обусловлены следующими превращениями с участием нуклонов:

(- распад),

(- распад),

(– захват).

Известно, что спин нейтрона, протона и электрона одинаков и равен ½. Участие в β –распаде нейтрино или антинейтрино диктуется законом сохранения момента импульса (спина). Сейчас установлено, что спин нейтрино равен ½. В. Паули в 1930 г. предсказал существование нейтрино, которое было обнаружено экспериментально только в 1956 г.

Гамма – распад Этот вид распада состоит в испускании возбужденным ядром при переходе его в нормальное состояние -квантов. Такой процесс можно записать так:

. (18.25)

Энергия -квантов варьируется в пределах от 10 кэВ до 5 МэВ. Существенно, что спектр испускаемых-квантов дискретный, так как дискретны энергетические уровни самих ядер.

-распад и β –распад обычно сопровождается -излучением, так как дочерние ядра могут оказаться в возбужденном состоянии и при переходе в основное состояние будут излучать-кванты.