Rambler's Top100Astronet    
  po tekstam   po klyuchevym slovam   v glossarii   po saitam   perevod   po katalogu
 
Na saite
Astrometriya
Astronomicheskie instrumenty
Astronomicheskoe obrazovanie
Astrofizika
Istoriya astronomii
Kosmonavtika, issledovanie kosmosa
Lyubitel'skaya astronomiya
Planety i Solnechnaya sistema
Solnce

Al'fa-raspad Al'fa-raspad
15.08.2001 0:00 |

Al'fa-raspad - ispuskanie atomnym yadrom al'fa-chasticy (yadra 4Ne). Al'fa-raspad iz osnovnogo (nevozbuzhdennogo) sostoyaniya yadra nazyvaetsya takzhe al'fa-radioaktivnost'yu [vskore posle otkrytiya A. Bekkerelem (A. Becquerel) radioaktivnosti al'fa-luchami byl nazvan naimenee pronikayushii vid izlucheniya, ispuskaemyi radioaktivnymi veshestvami, v 1909 E. Rezerford (E. Rutherford) i T. Roids (T. Royds) dokazali, chto al'fa-chasticy yavlyayutsya dvazhdy ionizovannymi atomami 4He]. Pri al'fa-raspade massovoe chislo A materinskogo yadra umen'shaetsya na 4 edinicy, a zaryad (chislo protonov) Z - na 2:
${}^A Z\to{}^{A-4}(Z-2)+{}_2^4 He$.(1)

Energiya, vydelivshayasya pri al'fa-raspade,
$Q=\lbrack M_A-M_{A-4}-M_\alpha\rbrack c^2$,(2)

gde MA i MA-4 - massy materinskogo i dochernego yader, $M_\alpha$, - massa al'fa-chasticy. Energiya Q delitsya mezhdu al'fa-chasticei i dochernim yadrom obratno proporcional'no ih massam, otkuda energiya al'fa-chastic
$\mathcal{E}_\alpha=\lbrack M_{A-4}/M_A\rbrack Q$,(3)

Energeticheskoe uslovie vozmozhnosti al'fa-raspada zaklyuchaetsya v tom, chtoby energiya svyazi (-Q) al'fa-chasticy otnositel'no materinskogo yadra byla otricatel'na. Eta energiya svyazi okazyvaetsya otricatel'noi pochti dlya vseh beta-stabil'nyh yader s A>150 (ris, 1), t. e. vse yadra s A>150 dolzhny byt' al'fa-radioaktivnymi. Odnako vo mnogih sluchayah vremya zhizni etih yader (period poluraspada) slishkom veliko i al'fa-radioaktivnost' ne udaetsya nablyudat'.

Izvestno svyshe 300 al'fa-aktivnyh yader, bol'shinstvo iz kotoryh polucheno iskusstvenno. Podavlyayushee bol'shinstvo poslednih sosredotocheno v oblasti transsvincovyh yader s Z>82. Imeetsya gruppa al'fa-aktivnyh yader v oblasti redkozemel'nyh elementov (A=140-160), a takzhe nebol'shaya gruppa v promezhutke mezhdu redkozemel'nymi i tyazhelymi yadrami (ris. 1). V yadernyh reakciyah s tyazhelymi ionami sintezirovany neskol'ko al'fa-izluchayushih neitronno-deficitnyh yader s A~110. Nablyudaemye vremena zhizni al'fa-aktivnyh yader lezhat v predelah ot 1017 let (204Pb) do $3\cdot 10^{-7}$ s(212Po). Kineticheskie energii al'fa-chastic izmenyayutsya ot 1,83 MeV (144Nd) do 11,65 MeV (izomer 212mPo). Probeg al'fa-chasticy s tipichnoi energiei $\mathcal{E}_\alpha$=6 MeV sostavlyaet ~5 sm v vozduhe pri normal'nyh usloviyah i ~0,05 mm v Al.

Al'fa-spektroskopiya. Spektr al'fa-chastic, voznikayushih pri raspade materinskogo yadra, predstavlyaet ryad monoenergeticheskih linii, sootvetstvuyushih perehodam na razlichnye urovni dochernego yadra. T. k. al'fa-chastica ne imeet spina, pravila otbora po momentu kolichestva dvizheniya I=L i chetnosti, kotorye vytekayut iz sootvetstvuyushih zakonov sohraneniya, okazyvayutsya prostymi. Uglovoi moment L al'fa-chasticy mozhet prinimat' znacheniya v intervale:
$I_i-I_f\leq L\leq I_i+I_f$(4)

gde Ii i If - uglovye momenty nachal'nogo i konechnogo sostoyaniya yader (materinskogo i dochernego). Pri etom razresheny tol'ko chetnye znacheniya L, esli chetnosti oboih sostoyanii sovpadayut, i nechetnye, esli chetnosti ne sovpadayut. Al'fa-raspad yavlyaetsya vazhnym metodom izucheniya nizhnih energeticheskih sostoyanii tyazhelyh yader (ris. 2).

Dlya izmereniya energii i intensivnosti potoka al'fa-chastic, ispuskaemyh al'fa-aktivnymi yadrami, ispol'zuyutsya gazorazryadnye i poluprovodnikovye detektory chastic, a takzhe spektrometry. Poverhnostno-bar'ernye kremnievye poluprovodnikovye detektory pozvolyayut poluchit' razreshenie do 12 keV (dlya al'fa-chastic s $\mathcal{E}_\alpha$=6 MeV) pri svetosile ~0,1%. V tabl. 1 privedeny energii al'fa-chastic nekotoryh al'fa-izluchatelei, ispol'zuemyh v kachestve standartov.

Tabl. 1.
IstochnikEnergiya, keV
226Ra4781,8$\pm$2,4
210Po5304,5$\pm$0,5
212Bi6049,6$\pm$0,7
214Po7688,4$\pm$0,6
212Po8785,0$\pm$0,8

Periody poluraspada. Odna iz osobennostei al'fa-radioaktivnosti sostoit v tom, chto pri sravnitel'no nebol'shom razlichii v energii al'fa-chastic $\mathcal{E}_\alpha$ vremya zhizni materinskogo yadra otlichaetsya na mnogo poryadkov. Energiya al'fa-raspada Q i period poluraspada T1/2 yader s odnim i tem zhe Z svyazany sootnosheniem, empiricheski ustanovlennym zadolgo do sozdaniya teorii al'fa-raspada (zakon Geigera-Nettolla).
$\lg T_{1/2}=A_Z Q_{ef}^{-1/2}+B_Z$.(5)

Zdes' AZ i VZ - konstanty, privedennye v tabl. 2; effektivnaya velichina Qef = $Q+6,5\cdot 10^{-5}Z^{7/5}$ MeV uchityvaet ekraniruyushii effekt elektronov.

Sootnoshenie (5) luchshe vsego opisyvaet perehody mezhdu osnovnymi sostoyaniyami chetno-chetnyh yader (ris. 3). Dlya nechetnyh yader i perehodov v vozbuzhdennye sostoyaniya periody poluraspada okazyvayutsya vo mnogih sluchayah v 100-1000 raz bol'shimi pri odinakovoi energii al'fa-raspada. Otnoshenie istinnogo perioda poluraspada k vychislennomu po formule (5) dlya chetno-chetnogo yadra nazyvaetsya faktorom zamedleniya.


Tabl. 2.
Z+2
(atomnyi nomer izluchatelya)
AZ BZ
84 129,35 -49,9229
86 137,46 -52,4597
88 139,17 -52,1476
90 144,19 -53,2644
92 147,49 -53,65
94 146,23 -52,0899
96 152,44 -53,6825
98 152,86 -52,9506

Teoriya al'fa-raspada. Osnovnym faktorom, opredelyayushim veroyatnost' al'fa-raspada i ee zavisimost' ot energii al'fa-chasticy i zaryada yadra, yavlyaetsya kulonovskii bar'er. Prosteishaya teoriya al'fa-raspada [G. Gamov (G. Gamow), 1927] svodilas' k opisaniyu dvizheniya al'fa-chasticy v potencial'noi yame s bar'erom (ris. 4, punktir). T. k. energiya al'fa-chastic sostavlyaet 5-10 MeV, a vysota kulonovskogo bar'era u tyazhelyh yader 25-30 MeV, to vylet al'fa-chasticy iz yadra mozhet proishodit' tol'ko za schet tunnel'nogo effekta, a veroyatnost' etogo processa opredelyaetsya pronicaemost'yu V bar'era. Ispol'zuya uproshennuyu formu bar'era i predpolagaya, chto al'fa-chastica sushestvuet vnutri yadra i pri vylete ne unosit uglovogo momenta, mozhno poluchit' dlya veroyatnosti al'fa-raspada vyrazhenie, eksponencial'no zavisyashee ot energii al'fa-chasticy, t. e. tipa (5).

Sovremennyi podhod k opisaniyu al'fa-raspada opiraetsya na metody, ispol'zuemye v teorii yadernyh reakcii. Shirina $\Gamma_\alpha$ sostoyaniya yadra otnositel'no al'fa-raspada svyazana s periodom poluraspada sootnosheniem
$\Gamma_\alpha=\hbar\ln 2/T_{1/2}$.(6)

Dlya al'fa-raspada v kanal S
$\Gamma_{\alpha C}=2\gamma_C^2(R_C)P_C(R_C)$,(7)

gde $\gamma_C(R_C)$ - t. n. privedennaya shirina, opredelyaemaya stepen'yu perekryvaniya volnovyh funkcii nachal'nogo i konechnogo sostoyaniya yader, harakterizuyushaya veroyatnost' poyavleniya al'fa-chasticy na poverhnosti yadra (na radiuse kanala $R_C$), a $P_C(R_C)$ - pronicaemost' effektivnogo bar'era V, obrazuemogo yadernym, kulonovskim i centrobezhnym potencialami:
$V = V_{yad}+{\displaystyle Ze^2\over\displaystyle r}-{\displaystyle\hbar^2\over\displaystyle 2m*}{\displaystyle L(L+1)\over\displaystyle r^2}$.(8)

Zdes' L - orbital'nyi moment vyletayushei al'fa-chasticy, m* - ee privedennaya massa, ravnaya m* = ${\displaystyle mM\over\displaystyle m+M}$, gde M - massa yadra, m - massa al'fa-chasticy. Sushestvovanie centrobezhnogo bar'era svyazano s nalichiem u al'fa-chasticy otlichnogo ot nulya orbital'nogo momenta. Centrobezhnyi bar'er v al'fa-raspade obychno igraet sravnitel'no nebol'shuyu rol' (tabl. 3), v otlichie ot beta-raspada yader i gamma-perehodov, veroyatnost' kotoryh sil'no zavisit ot uglovogo momenta, unosimogo chasticei (sm. Gamma-izluchenie).

Cel' bol'shinstva issledovanii al'fa-raspada - izmerenie privedennyh shirin i sravnenie ih s vychislennymi na osnove razlichnyh teoreticheskih predstavlenii o yadre. Absolyutnye znacheniya zavisyat ot ryada parametrov i osobenno chuvstvitel'ny k velichine radiusa kanala RC. Naibolee tochnye i nadezhnye rezul'taty poluchayutsya, esli vozmozhen analiz otnosheniya shirin dlya perehodov na raznye urovni, odnogo i togo zhe yadra $\Gamma_{\alpha C_1}/ \Gamma_{\alpha C_2}$, t. k. v etom sluchae bol'shinstvo neopredelennostei sokrashaetsya. Otnosheniya privedennyh shirin $\gamma_{C_1}^2/ \gamma_{C_2}^2$ sootvetstvuyut faktoram zamedleniya.


Tabl. 3 - Pronicaemost' BL cenrobezhnogo bar'era otnositel'no ego pronicaemosti B0 pri L=0 (Z=90, Q=4,5 MeV).
L 0 1 2 3 4 5 6
BL/B0 1 0,84 0,60 0,36 0,18 0,078 0,028

Iz analiza shirin sleduet, chto al'fa-chasticy ne sushestvuyut v al'fa-raspadayushemsya yadre vse vremya, a s nekotoroi konechnoi veroyatnost'yu voznikayut na ego poverhnosti pered vyletom. Imeyushiesya dannye svidetel'stvuyut takzhe o tom, chto v poverhnostnom sloe tyazhelyh yader, po-vidimomu, sushestvuyut al'fa-chastichnye gruppirovki nuklonov (al'fa-klastery).

Klassifikaciya al'fa-perehodov osnovyvaetsya na strukturnyh faktorah, svyazannyh s veroyatnost'yu obrazovaniya al'fa-chasticy. Al'fa-raspad idet na 2-4 poryadka bystree, kogda al'fa-chastica obrazuetsya iz neitronnyh i protonnyh par, po sravneniyu s raspadom, kogda al'fa-chastica obrazuetsya iz nesparennyh nuklonov. V pervom sluchae al'fa-raspad nazyvaetsya blagopriyatnym, i takimi okazyvayutsya vse al'fa-perehody mezhdu osnovnymi sostoyaniyami chetno-chetnyh yader. Vo vtorom sluchae al'fa-raspad nazyvaetsya neblagopriyatnym.

Al'fa-raspad vozbuzhdennyh yader izuchaetsya s pomosh'yu yadernyh reakcii. Otdel'nye sluchai raspada nizhnih vozbuzhdennyh sostoyanii tyazhelyh yader, privodyashego k ispuskaniyu t. n. dlinnoprobezhnyh al'fa-chastic, izvestny davno i prichislyayutsya k yavleniyu radioaktivnosti. Nablyudaemye vremena zhizni yader lezhat v diapazone ot 10-11 s (al'fa-raspad neitronnyh rezonansov, sm. Neitronnaya spektroskopiya) do 10-22 s (al'fa-raspad urovnei legkih yader). Nekotorye raspadayushiesya sostoyaniya legkih yader imeyut privedennye shiriny, blizkie k maksimal'no vozmozhnym (k t. n. vignerovskomu predelu), chto ukazyvaet na ih yarko vyrazhennyi al'fa-klasternyi harakter. Izuchenie al'fa-raspada vysokovozbuzhdennyh sostoyanii yader - odin iz informativnyh metodov issledovaniya yadernoi struktury pri bol'shih energiyah vozbuzhdeniya.

Glossarii Astronet.ru


Publikacii s klyuchevymi slovami: radioaktivnost' - al'fa-chastica - al'fa-raspad
Publikacii so slovami: radioaktivnost' - al'fa-chastica - al'fa-raspad
Sm. takzhe:

Ocenka: 2.8 [golosov: 142]
 
O reitinge
Versiya dlya pechati Raspechatat'

Astronet | Nauchnaya set' | GAISh MGU | Poisk po MGU | O proekte | Avtoram

Kommentarii, voprosy? Pishite: info@astronet.ru ili syuda

Rambler's Top100 Yandeks citirovaniya