 |
 |
|
 |
|
|
АЛЬФА-РАСПАД |
| Большая советская энциклопедия (БЭС) |
(-распад)
испускание альфа-частиц атомными ядрами в процессе самопроизвольного (спонтанного) радиоактивного распада (см. Радиоактивность). При А.-р. из радиоактивного («материнского») ядра с атомным номером Z и массовым числом (См. Массовое число) А испускается ядро гелия 0172814774.tif (-частица), т. е. два протона и два нейтрона в связанном состоянии; в результате А.-р. образуется конечное («дочернее») ядро с атомным номером Z = 2 и массовым числом А = 4. Так, например, радий испускает -частицу и переходит в радон ( 0150967820.tif ).
Известно (1968) около 200 -радиоактивных ядер; большая часть их тяжелее свинца (Z > 82). Некоторое количество -радиоактивных изотопов имеется в области значений Z < 82 среди ядер с недостаточным количеством нейтронов, т. н. нейтронодефицитных ядер (см. Ядро атомное). Так, в области редких земель имеется несколько -радиоактивных ядер (например, 0174572557.tif ). Экспериментальному обнаружению -активных ядер с А < 200 мешают огромные времена жизни (см. Время жизни), характерные для ядер с небольшой энергией А.-р. (см. ниже).
При А.-р. определённого радиоактивного изотопа вылетающие -частицы имеют, грубо говоря, одну и ту же энергию. Энергия, выделяющаяся при А.-р., делится между -частицей и ядром в отношении, обратно пропорциональном их массам. Для разных изотопов энергия -частиц различна. Она тем больше, чем меньше период полураспада T1/2 данного изотопа (или его время жизни). У всех известных -радиоактивных изотопов энергия -частиц лежит в пределах от 2 Мэв до 9 Мэв. Времена жизни -радиоактивных ядер колеблются в огромном интервале значений, примерно от 3•10-7 сек для 212Po до 5•1015 лет для 142Ce. Времена жизни и энергии -частиц приведены в таблице в ст. Изотопы; там же указаны и все -радиоактивные изотопы.
-частицы теряют энергию при прохождении через вещество главным образом при их взаимодействиях с электронными оболочками атомов и молекул, при которых происходит ионизация и тех и других, возбуждение и, наконец, диссоциация молекул. Для полной потери энергии -частицы требуется очень большое число столкновений (104—105). Поэтому в среднем все -частицы данной энергии проходят примерно одинаковые пути с небольшим разбросом (3—4% ). Так как столкновение тяжёлой -частицы с лёгким электроном не может заметно изменить направление её движения, то этот путь — пробег -частицы — прямолинеен.
Т. о., -частицы данной энергии имеют вполне определённый пробег до остановки; например, в воздухе при нормальном атмосферном давлении и комнатной температуре -частицы имеют пробеги приблизительно от 2,5 до 8,5 см. По длине следов -частиц в камере Вильсона можно качественно определить изотопный состав радиоактивного образца. На рис. 1 приведена фотография следов -частиц, испускаемых при А.-р.
При вылете из ядра -частица испытывает действие двух различных сил. Очень большие по величине и действующие на близком расстоянии Ядерные силы стремятся удержать частицу внутри ядра, в то время как кулоновское (электрическое) взаимодействие возникшей -частицы с остальной частью ядра обусловливает появление силы отталкивания.
На рис. 2 показана зависимость потенциальной энергии взаимодействия -частицы с конечным ядром (ядром, остающимся после вылета -частицы) от расстояния до центра ядра. Из рис. видно, что -частица должна при вылете преодолеть Потенциальный барьер.
Полная (т. е. потенциальная плюс кинетическая) энергия -частицы в разных ядрах может принимать как отрицательные значения, так — с ростом заряда ядра — и положительные. В этом последнем случае А.-р. будет энергетически разрешен. Сплошной линией на рис. 2 изображена суммарная энергия -частицы в ядре (или, другими словами, энергетический уровень -частицы в ядре). Положительный избыток полной энергии, обозначенный буквой Е, представляет собой разницу между массой радиоактивного ядра и суммой масс -частицы и конечного ядра.
Если бы не существовало потенциального барьера, высота которого V, например, для 23892U равна 15 Мэв, то -частица с положительной кинетической энергией Е (для 23892U кинетическая энергия составляла бы~4,2 Мэв) могла бы свободно покидать ядро. Практически это привело бы к тому, что ядра с положительными значениями Е вообще не существовали бы в природе. Однако известно, что в природе существуют ядра с Z 50, для которых Е положительно.
С другой стороны, с точки зрения классической механики, -частица с энергией Е < V должна постоянно находиться внутри ядра, потому что для преодоления потенциального барьера у неё не хватает энергии. В рамках классических представлений явление -радиоактивности понять невозможно.
Квантовая механика, учитывая волновую природу -частиц, показывает, что существует конечная вероятность «просачивания» -частицы через потенциальный барьер (Туннельный эффект). Барьер становится как бы частично прозрачным для -частицы. Прозрачность барьера зависит от его высоты V и ширины B следующим образом:
прозрачность 0179946429.tif (*).
Здесь b — величина, зависящая от радиуса r ядра, m — масса -частицы, Е — её энергия (см. рис. 2). Прозрачность (проницаемость) барьера тем больше, чем меньше его ширина и чем ближе к вершине потенциального барьера расположен энергетический уровень -частицы (чем больше энергия -частицы в ядре).
Вероятность А.-р. пропорциональна проницаемости потенциального барьера. Поскольку с увеличением энергии -частицы уменьшается ширина барьера (рис. 2), становится понятной полученная экспериментально резкая зависимость вероятности А.-р. от Е — кинетической энергии -частиц. Например, при увеличении энергии испускаемых -частиц с 5 до 6 Мэв вероятность А.-р. увеличивается в 107 раз.
Вероятность А.-р. зависит также и от вероятности образования -частицы в ядре. Прежде чем -частица покинет ядро, она должна там сформироваться. Постоянно -частицы в ядре не существуют. Четыре элементарные частицы, из которых она состоит, участвуют в сложном движении нуклонов в ядре и нет никакого способа отличить их от др. частиц этого ядра. Однако существует заметная (~10-6) вероятность образования -частицы в ядре на какое-то короткое время в результате случайного сближения 4 нуклонов. Только когда -частица покинет ядро и окажется достаточно далеко от него, можно рассматривать -частицу и ядро как две отдельные частицы.
Вероятность А.-р. резко зависит от размера ядра [см. формулу (*)], что позволяет использовать А.-р. для определения размеров тяжёлых ядер.
Как уже упоминалось, энергия -частиц, вылетающих из ядра в результате А.-р., должна быть точно равна энергетическому эквиваленту разности масс ядер до и после А.-р., т. е. величине Е. Это утверждение справедливо только для случая, когда конечное ядро 0190453311.tif образуется в основном состоянии. Но если конечное ядро образуется в одном из возбуждённых состояний, то энергия -частицы будет меньше на величину энергии этого возбуждённого состояния.
Действительно, экспериментально показано, что -излучение многих радиоактивных элементов состоит из нескольких групп -частиц, энергии которых близки друг к другу («тонкая структура» -спектра). В качестве примера на рис. 3 показан спектр -частиц от распада 21283Bi (висмут-212).
На рис. 4 изображена энергетическая схема -распада 21283Bi на основное и возбужденные состояния конечного ядра 0190738766.tif
Разность энергий между основной группой и линиями тонкой структуры составляет 0,04, 0,33, 0,47 и 0,49 Мэв. Экспериментально различить линии тонкой структуры -спектров можно только с помощью магнитных Альфа-спектрометров.
Знание тонкой структуры спектров -частиц позволяет вычислить энергию возбуждённых состояний конечного ядра.
Некоторые радиоактивные изотопы испускают небольшое количество -частиц с энергиями, гораздо большими, чем энергия основной группы -частиц. Так, например, в спектре -частиц от распада 0160700674.tif присутствуют две группы с энергиями на 0,7 и 1,9 Мэв больше, чем энергия основной группы. Интенсивность этих двух групп т. н. длиннопробежных -частиц составляет всего ~ 10-5 от полной интенсивности -излучения. След одной из таких частиц виден на рис. 5. Существование длиннопробежных частиц связано с тем, что А.-р. могут испытывать ядра, находящиеся в возбуждённом состоянии (с большей энергией).
Многие основные понятия атомной и ядерной физики обязаны своим происхождением изучению -радиоактивности. Теория А.-р., предложенная в 1928 Г. Гамовым и независимо от него Г. Герни и Э. Кондоном, явилась первым применением квантовой механики к ядерным процессам. Изучение рассеяния -частиц привело к понятию об атомном ядре как центре массы и положительного заряда атома. Облучение -частицами лёгких элементов привело к открытию ядерных реакций и искусственной радиоактивности.
Лит.: Глесстон С., Атом. Атомное ядро. Атомная энергия, пер. с англ., М., 1961; Гольданский В. И., Лейкин Е. М., Превращения атомных ядер, М., 1958.
В.С. Евсеев.
0202041827.tif
Рис. 2. Потенциальная энергия взаимодействия -частицы с конечным ядром. V — высота потенциального барьера, В — его ширина, Е — энергия -частицы, r — расстояние от центра ядра.
0227145158.tif
Рис. 3. Спектр -частиц от распада висмута-212. Высота линий соответствует вероятности испускания -частиц с данной энергией.
0264978873.tif
Рис. 4. Энергетическая схема -распада висмута-212. Максимальная энергия
-частиц соответствует переходу в основное состояние, 1, 2, 3 и 4 — альфа-частицы, испускаемые при переходе конечного ядра в одно из возбуждённых состояний.
Рис. 1. Фотографии следов -частиц в камере Вильсона, -частицы испускаются источником АсС + АсС'. На рис. видны 2 следа от -частиц, испускаемых АсС'. Эти частицы имеют больший пробег (6,6 см), чем -частицы АсС (5,4 см).
0299474316.tif
Рис. 5. Фотография следа длиннопробежной -частицы (справа) от распада полония-212.
|
| Современная Энциклопедия |
| АЛЬФА-РАСПАД (a-распад), вид радиоактивности; испускание атомным ядром альфа-частицы. При альфа-распаде массовое число (число нуклонов) уменьшается на 4 единицы, а заряд ядра (число протонов) уменьшается на 2. При этом выделяется энергия, которая делится между альфа-частицей и дочерним ядром обратно пропорционально их массам. Известно свыше 300 альфа-активных ядер, большинство из них получено искусственно и сосредоточено в области Z > 82 (смотри Периодическая система химических элементов). Теория альфа-распада была создана Д. Гамовым и независимо английскими физиками Г. Черни и Э. Кондоном в 1928. |
| Медицинская энциклопедия |
| радиоактивное превращение атомного ядра, сопровождающееся испусканием альфа-частиц (альфа-излучением). |
| Орфографический словарь Лопатина |
| `альфа-расп`ад, `альфа-расп`ад, -а |
| Слитно, раздельно, через дефис |
| альфа-распад, альфа-распада |
| Толковый словарь Ефремовой |
[альфа-распад]
м.
Радиоактивное превращение или распад атомного ядра, сопровождающееся испусканием альфа-частиц. |
|
|
|
 |
Если вы желаете блеснуть знаниями в беседе или привести аргумент в споре, то можете использовать ссылку:
будет выглядеть так: АЛЬФА-РАСПАД
будет выглядеть так: Что такое АЛЬФА-РАСПАД
|
|
|
|
|
|
 |
|
 |
|
|
