Знаймо

Додати знання

приховати рекламу

Цей текст може містити помилки.

Бета-розпад


CNO Cycle.svg

План:


Введення

Бета-розпад - тип радіоактивного розпаду, обумовленого слабкою взаємодією і змінює заряд ядра на одиницю. При цьому ядро ​​може випромінювати бета-частинку ( електрон або позитрон). У разі випускання електрона він називається "бета-мінус" ( β - ), А в разі випускання позитрона - "бета-плюс-розпадом" ( β + ). Крім β - і β + -Розпадів, до бета-розпадів відносять також електронний захват, коли ядро захоплює атомний електрон. У всіх типах бета-розпаду ядро ​​випромінює електронне нейтрино ( β + -Розпад, електронний захват) або антинейтрино ( β - -Розпад).


1. Механізм розпаду

Бета-мінус-розпад атомного ядра

В β - -Розпаді слабка взаємодія перетворює нейтрон в протон, при цьому випускаються електрон і антинейтрино :

n ^ 0 \ rightarrow p ^ + + e ^ - + \ bar {\ nu} _e .

На фундаментальному рівні (показаному на Фейнмановськие діаграмі) це обумовлено перетворенням d-кварка в u-кварк з випусканням W-бозона.

В β + -Розпаді протон перетворюється в нейтрон, позитрон і нейтрино :

\ Mathrm {energy} + p ^ + \ rightarrow n ^ 0 + e ^ + + {\ nu} _e .

Таким чином, на відміну від β - -Розпаду, β + -Розпад не може відбуватися за відсутності зовнішньої енергії, оскільки маса самого нейтрона більше маси протона. β + -Розпад може траплятися тільки всередині ядер, де абсолютне значення енергії зв'язку дочірнього ядра більше енергії зв'язку материнського ядра. Різниця між двома цими енергіями йде на перетворення протона в нейтрон, позитрон і нейтрино і на кінетичну енергію одержані частинок.

У всіх випадках, коли β +-розпад енергетично можливий (і протон є частиною ядра з електронними оболонками), він супроводжується процесом електронного захоплення, при якому електрон атома захоплюється ядром з випусканням нейтрино:

\ Mathrm {energy} + p ^ + + e ^ - \ rightarrow n ^ 0 + {\ nu} _e .

Але якщо різниця мас початкового і кінцевого атомів мала (менше подвоєною маси електрона, тобто 1022 кеВ), то електронний захват відбувається, не супроводжуючись конкуруючим процесом позитронного розпаду; останній у цьому випадку заборонений законом збереження енергії.

Коли протон і нейтрон є частинами атомного ядра, ці процеси розпаду перетворюють один хімічний елемент в інший. Наприклад:

\ Mathrm {{} ^ 1 {} ^ {37} _ {55} Cs} \ rightarrow \ mathrm {{} ^ 1 {} ^ {37} _ {56} Ba} + e ^ - + \ bar {\ nu } _e ( β - розпад),
\ Mathrm {~ ^ {22} _ {11} Na} \ rightarrow \ mathrm {~ ^ {22} _ {10} Ne} + e ^ + + {\ nu} _e ( β + розпад),
\ Mathrm {~ ^ {22} _ {11} Na} + e ^ - \ rightarrow \ mathrm {~ ^ {22} _ {10} Ne} + {\ nu} _e (Електронний захват).

Бета-розпад не змінює число нуклонів в ядрі A, але змінює тільки його заряд Z. Таким чином може бути введений набір всіх нуклідів з однаковим A; ці ізобарний нукліди можуть перетворюватися один в одного при бета-розпаді. Серед них деякі нукліди (по крайней мере, один) бета-стабільні, оскільки вони являють собою локальні мінімуми надлишку маси: якщо таке ядро має (A, Z) числа, сусідні ядра (A, Z -1) і (A, Z + 1) мають більший надлишок маси і можуть розпадатися за допомогою бета-розпаду в (A, Z), але не навпаки. Необхідно зауважити, що бета-стабільне ядро ​​може піддаватися іншим типам радіоактивного розпаду ( альфа-розпаду, наприклад). Більшість ізотопів, що існують в природних умовах на Землі, бета-стабільні, але існує декілька винятків з такими великими періодами напіврозпаду, що вони не встигли зникнути за приблизно 4,5 млрд років, що минули з моменту нуклеосинтезу. Наприклад, 40 K, який відчуває всі три типи бета-розпаду (бета-мінус, бета-плюс і електронний захват), має період напіврозпаду 1.277 10 9 років.

Бета-розпад можна розглядати як перехід між двома квантовомеханічними станами, обумовлений обуренням, тому він підпорядковується золотому правилу Фермі.


2. Графік Кюрі

Графік Кюрі (відомий також як графік Фермі) - діаграма, яка використовується для вивчення бета-розпаду. Це енергетична залежність квадратного кореня з кількості випроменених бета-частинок з даною енергією, поділена на функцію Фермі. Для дозволених (і деяких заборонених) бета-розпадів графік Кюрі лине (пряма лінія, нахилена в бік зростання енергії). Якщо нейтрино мають кінцеву масу, то графік Кюрі поблизу точки перетину з віссю енергії відхиляється від лінійного, завдяки чому з'являється можливість виміряти масу нейтрино.


3. Подвійний бета-розпад

Деякі ядра можуть відчувати подвійний бета-розпад (ββ-розпад), при якому заряд ядра змінюється на дві одиниці. У самих практично цікавих випадках такі ядра бета-стабільні (простий бета-розпад енергетично заборонений), оскільки коли β-і ββ-розпади обидва дозволені, ймовірність β-розпаду (звичайно) набагато більше, заважаючи дослідженням дуже рідкісних ββ-розпадів. Таким чином, ββ-розпад зазвичай вивчається тільки для бета-стабільних ядер. Як і простий бета-розпад, подвійний бета-розпад не міняє A ; Отже, як мінімум один з нуклідів з даними A повинен бути стабільним по відношенню як до простого, так і до подвійного бета-розпаду.


4. Історія

Історично дослідження бета-розпаду привело до першого фізичній свідченням існування нейтрино. В 1911 році Ліза Мейтнер і Отто Ган провели експеримент, який показав, що енергії електронів, що випускаються при бета-розпаді, мають безперервний, а не дискретний спектр. Це перебувало в очевидному протиріччі з законом збереження енергії, оскільки виходило, що частина енергії губилася в процесах бета-розпаду. Друга проблема полягала в тому, що спін атома азоту-14 дорівнював 1, що суперечило передрікання Резерфорда - . У відомому листі, написаному в 1930 році, Вольфганг Паулі припустив, що крім електронів і протонів атоми містять дуже легку нейтральну частинку, яку він назвав нейтроном. Він припустив, що цей "нейтрон" випускається при бета-розпаді і раніше просто не спостерігався. В 1931 році Енріко Фермі перейменував "нейтрон" Паулі в нейтрино, і в 1934 році Фермі опублікував дуже вдалу модель бета-розпаду, в якій брали участь нейтрино.


Цей текст може містити помилки.

Схожі роботи | скачати

Схожі роботи:
Подвійний бета-розпад
Бета-розпад нейтрона
Радіоактивний розпад
Розпад протона
Розпад Югославії
Альфа-розпад
Протонний розпад
Позитронний розпад
Розпад СРСР
© Усі права захищені
написати до нас
Рейтинг@Mail.ru