Кислицын А.А. Физика атома, атомного ядра и элементарных частиц

36 (0). Альфа-распад ядер.

Общая формула альфа-распада

AXZ → A-4YZ-2 + 4He2 (36.1)

Примеры:

238U92 → 234Th90 + 4He2

239Pu94 → 235U92 + 4He2

Известно ок. 200 альфа-активных ядер.

Почти все они имеют Z 82 и A > 200.

Но есть несколько ядер в области A = 140-160

(лантаноиды); самое легкое альфа-активное

ядро: церий-142: Ce14258

Необходимое энергетическое условие альфа-распа- да можно выразить через массы ядер:

Альфа-частицы, вылетающие из ядер определенно- го изотопа имеют, как правило, одну и ту же опреде- ленную кинетическую энергию. Из закона сохране-

Тонкая структура спектра альфа-частиц

Точные измерения показывают, что во многих слу- чаях энергетический спектр альфа-частиц имеет тонкую структуру, т.е. состоит из нескольких близ- ких друг к другу линий. Наибольшее число линий тонкой структуры наблюдается в тех случаях, ког- да форма образующегося дочернего ядра сильно отличается от сферической. В этих случаях аль- фа-частица может вылететь из ядра с ненулевым орбитальным моментом импульса, а дочернее ядро приобретет вращательный момент и соот- ветствующую дополнительную энергию враще- ния. Таким образом, из альфа-спектра можно по- лучить информацию о форме и структуре ядра.

Схема α-распада

и тонкая структура α-спектра Pu-239

Длиннопробежные альфа-частицы

Существуют ядра, испускающие, кроме основной группы альфа-частиц, небольшое количество длин- нопробежных альфа-частиц, т.е. частиц, у которых энергия, а, значит и длина пробега в камере Вильсо- на или в фотоэмульсии больше, чем у частиц основ- ной группы. Таким частицам соответствует переход из возбужденного состояния исходного ядра, поэто- му их изучение дает сведения о структуре уровней исходных ядер. Однако, альфа-распад идет медлен- но, и ядра, находящиеся в возбужденном состоянии, как правило, успевают перейти в основное состоя- ние за счет гамма-излучения, и лишь после этого ис- пытывают альфа-распад. Поэтому длиннопробеж- ные альфа-частицы наблюдаются только у коротко- живущих альфа-активных ядер.

Пример испускания длиннопробежных альфа-частиц корот- коживущими ядрами полония-212 (период полураспада 3·10-7с). Ядра полония-212 в возбужденном состо- янии образуются в результате бета-рас- пада висмута-212. Испускание длинно- пробежных частиц конкурирует с гамма- излучением.

Кинетические энергии альфа-частиц заключены в

пределах от 4 до 9 Мэв для тяжелых ядер и от 2 до 4.5 Мэв для ядер редкоземельных элементов. В то же время времена жизни альфа-активных

ядер варьируются от микросекунд (радон-215) до миллиардов лет (торий-232), причем время жизни

ядра и кинетическая энергия альфа-частицы свя- заны между собой законом Гейгера-Неттола (Gei- ger H., Nuttall J.), открытым экспериментально в

1911г:

где a и b - константы, не зависящие от A и слабо за- висящие от Z.