4.2.4 Бета-спектр и факторы, влияющие на его формирование

Поскольку при β-распаде из ядра вылетает не одна частица, а две, то важна не только полная энергия, высвобождающаяся при распаде, но и распределение этой энергии. Так как ядро имеет значительную массу по сравнению с электроном (позитроном) и антинейтрино (нейтрино), то вся энергия уносится этими двумя частицами. Распределение энергий между ними носит вероятностный характер, вследствие чего кинетическая энергия электрона (позитрона) Е_е может принимать значения от нуля до максимально возможной Е_макс, которая практически равна энергии распада и нередко называется верхней границей β-спектра. Экспериментально установлено, что верхняя граница совпадает с разностью значений энергий материнского и дочернего ядер. При β-распаде, сопровождающемся γ-излучением, полная энергия распада распределяется между тремя компонентами – названными выше частицами и γ‑квантом.

Таким образом, спектр электронов (позитронов) и нейтрино (антинейтрино) при β-распаде представляет собой непрерывное распределение по энергии и имеет форму, показанную на рисунке 4.9.

Рис. 4.9. Энергетический спектр электронов β-распада

Для описания спектра β-излучения кроме максимальной энергии (Е_max), вводят понятия средней энергии ( ) и наиболее вероятной энергии (Е_р) бета-спектра.

Максимальной энергией бета-спектра или бета-распада Е_max – называют энергию, при которой вся энергия бета-распада уносится β-частицей, а энергия нейтрино (антинейтрино) равна нулю. Так как вероятность β-распада по такой схеме очень мала ( также как и вылет β-частиц с нулевой энергией), то точное практическое определение данной величины является очень сложной физико-инженерной задачей. Поэтому эту энергию либо определяют расчетным путем, либо с некоторой точностью по экспериментально измеренным спектрам, где максимальная энергия бета-распада соответствует пересечению линии бета-спектра с осью энергии. Также для определения этой точки применяются различные виды аппроксимации спектра и нахождения пересечения полученных функций с осью энергии. Максимальная энергия бета-распада является однозначной характеристикой радионуклида и наиболее часто приводится в справочной литературе.

Средняя энергия электронов в спектре составляет примерно , энергия Е_р соответствует максимальному значению вероятности распределения электронов по энергии в бета-спектре.

При рассмотрении факторов, влияющих на бета-спектр, необходимо иметь в виду, что β-спектр искажается кулоновским полем атома, которое складывается из поля ядра и поля электронных оболочек. Влияние кулоновских сил сводится к тому, что вылетевшие электроны тормозятся, а позитроны ускоряются кулоновским полем ядра, что приводит к изменению формы их спектров. Искажение, вносимое в β-спектр кулоновским полем атома, особенно существенно в низкоэнергетической области спектра, т.е. для частиц c малой энергией. При этом центр тяжести кривой распределения смещается в сторону малых энергий для электронов и больших энергий для позитронов (рисунок 4.10). Это смещение тем больше, чем больше заряд ядра.

Рис. 4.10. Влияние заряда частиц на форму бета-спектра.