§55. Альфа- и бета распады

Альфараспад. α-распад протекает по схеме:

ZXA→YA-4 + 2He4

или

Скорости, с которыми α- частицы вылетают из распавшегося ядра, очень велики (Ư~ 107м/с). На образование одной пары ионов в воздухе тратится ~ 7 эВ. Т.е. пролетая в воздухе α-частица образует ~ 105 пар ионов. В воздухе, при нормальном давлении пробег α- частицы ~ несколько сантиметров, в твердом веществе ~ 0,01мм (α- частицы полностью задерживаются обычным листом бумаги). Для α- частицы имеется отличная от нуля вероятность прохождения через барьер.

Бетараспад. Существует три разновидности бетараспада: β–- распад, β+- распад, электронный захват.

α-распад и β-распад происходят в соответствии с правилами смещения, которые являются следствием двух законов, выполняющихся при радиоактивном распаде:

1.закон сохранения электрического заряда;

2.закон сохранения массового числа.

Закон сохранения электрического заряда: сумма зарядов возникающих ядер и частиц равна заряду исходного ядра.

Закон сохранения массового числа: сумма массовых чисел возникающих ядер и частиц равна массовому числу исходного ядра.

Каково же происхождение электронов при β–- распаде? Было сделано предположение, что электрон (β–-электрон) рождается в результате процессов, происходящих внутри ядра. Т.е. один из нейтронов ядра при β–- распаде распадается по схеме:

где υ – нейтрино.

Нейтрино или маленький нейтрон, масса его равна нулю или близка к нулю. Спин нейтрино и антинейтрино – ½. Экспериментальное существование нейтрино было получено в 1956 г, а ещё в 1932 г. Паули высказал предположение, что при β– - распаде вместе с электроном испускается ещё одна частица, которая уносит с собой энергию ( Емах-Е). Т.к. эта частица никак себя не обнаруживает, следовательно, она нейтральна и обладает очень малой массой – нейтрино.

Процесс β+- распада протекает так, как если бы один из протонов исходного ядра превратился в нейтрон, испустив позитрон и нейтрино:

Такой процесс невозможен для свободного протона, но в ядре протон может заимствовать требуемую энергию от других нуклонов, входящих в состав ядра.

§56. Ядерные реакции

36

Процесс взаимодействия атомного ядра с элементарной частицей или другим ядром, приводящий к преобразованию ядер, называется ядерной реакцией.

Наиболее распространенный вид ядерной реакции: взаимодействие легкой частицы a с ядром Х, в результате которого образуется ядро Y и легкая частица b:

В качестве легких частиц a и b могут фигурировать нейтрон- n, протон- р, дейтрон- d, α- частица- α и γ- фотон- γ.

Ядерные реакции могут сопровождаться как выделением, так и поглощением энергии.

Если сумма масс образующихся ядер превосходит сумму масс исходных ядер – реакция идет с поглощением энергии и энергия реакции будет отрицательной.

Ядерные реакции могут протекать в два этапа, если они вызываются не очень быстрыми частицами:

где П – промежуточное или составное ядро.

Если испущенная частица тождественна с захваченной (а≡b), то (2) процесс называют рассеянием.

Если Еа=Eb – рассеяние упругое, если Еа≠Eb – рассеяние неупругое. Ядерная реакция имеет место, если a≠b.

Впервые реакция была осуществлена Резерфордом в 1919 г., облучался азот α- частицами, ее уравнение:

Первая ядерная реакция, вызванная искусственно ускоренными частицами, была осуществлена английским физиком Дж. Дуглас Кокрофтом в 1932 г., ее схема:

Первый уран-графитовый реактор был пущен в 1942 г. в Чикагском университете под руководством итальянского физика Энрико Ферми.

В СССР реактор такого же типа пущен в 1946 г. в Москве под руководством И. В. Курчато-

ва.

В 1938 г. Отто Ган и Фриц Штрассман – немецкие физики – обнаружили, что при облучении урана нейтронами образуются элементы из середины Периодической системы – лантан и барий

– т.е. возникают ядерные реакции нового типа – реакции деления ядра. Эта реакция сопровождается испусканием двух-трех вторичных нейтронов, называемых нейтронами деления.

Вопросы для повторения

1.Какие частицы образуют ядро дейтерия? Сколько их?

2.Какие частицы называются нуклонами?

3.Как называется общее число нуклонов в атомном ядре?

4.Какие ядра называются изотопами?

5.Какие ядра называются изобарами?

6.Какие ядра называются изомерами?

7.Какие ядра называются изотонами?

8.Чем отличаются изотопы и изобары?

9.Почему прочность ядер уменьшается при переходе к тяжелым элементам?

10.По какому закону изменяется со временем число нераспавшихся ядер в момент времени t?

37