Лекция № 6 Виды радиоактивных превращений (Физические основы)

превращений:
альфа- и бета-распад, протонный распад, испускание запаздывающих нейтронов и

спонтанное деление ядер. Эти виды распада также могут сопровождаться испусканием электромагнитного фотонного излучения.

и массовым числом А распадается путем испускания альфа-частицы, что приводит

к образованию ядра с атомным номером Z-2 и массовым числом А-4:

В настоящее время известно более 200 альфа-излучающих нуклидов, из которых почти не встречаются легкие и средние ядра.

20 альфа-излучающих нуклидов среди РЗЭ.
Периоды полураспада известных альфа-радиоактивных нуклидов варьируются

от 0.298 мкс для Po-212 до >1015 лет для Nd-144, Hf-174 и ряда других.
Энергия альфа-частиц, испускаемых тяжелыми ядрами из основных состояний, составляет 4 - 9 МэВ, а ядрами редкоземельных элементов 2 - 4.5 МэВ.

вид превращения ядер связан с кулоновским отталкиванием, которое по мере

увеличения размеров ядер возрастает пропорционально , тогда как ядерные силы притяжения растут линейно с ростом массового числа A.
ядро будет неустойчиво по отношению к - распаду если выполняется

-

массы покоя
исходного и конечного ядер. - масса
альфа-частицы.
Энергия α - распада ядер (Еα) складывается из кинетической энергии альфа-частицы, испущенной материнским ядром Тα и кинетической энергии, которую приобретает дочернее ядро в результате испускания альфа-частицы (энергия отдачи) Еотд
:

Еα = Тα + Еотд ,

имеет вид:



Из уравнения видно, что основную часть энергии альфа-распада

(около 98%) уносят альфа-частицы. Кинетическая энергия ядра отдачи составляет величину ≈100 кэВ (при энергии альфа- распада ≈5 МэВ).

альфа-распада
Обычно альфа- спектр имеет тонкую структуру, т.е. ядрами одного и

того же нуклида испускаются альфа- частицы с достаточно близкими, но все же отличающимися по величине энергиями. Зная энергию всех альфа-частиц и гамма-квантов, можно построить энергетическую диаграмму распада.

α-частиц составляет: 4,46; 4,48; 4,61; и 4,68 МэВ; энергия γ-квантов

– 0,07; 0,13; 0,20; и 0,22 МэВ. Полная энергия распада 4,68 МэВ.
4,48 – 4,46 = 0,02 МэВ - нет γ-квантов
4,61 – 4,46 = 0,15 МэВ - нет γ-квантов
4,61 - 4,48 = 0,13 МэВ
4,68 - 4,46 = 0,22 МэВ
4,68 - 4,48 = 0,20 МэВ
4,68 - 4,61 = 0,07 МэВ

переход осуществляется из возбужденного состояния родительского ядра в основное состояние

дочернего. Эти случаи принято квалифицировать как появление длиннопробежных альфа-частиц, возможности для испускания которых возникают у возбужденных ядер, образующихся в результате сложного β- распада.

от энергии вылетающей альфа-частицы.
Так, при небольшом увеличении энергии

-частиц периоды полураспада изменяются на несколько порядков. Так у Th-232 Т=4,08 МэВ,

а у Th- 230 : Т=4,76 МэВ,

увеличением периода полураспада на 6 порядков. При Тα

2 МэВ период полураспада становится настолько большим, что экспериментально обнаружить альфа-активность практически невозможно. Зависимость между периодом полураспада и энергией альфа-частицы была экспериментально установлена Гейгером и Нэттолом в 1911- 1912 годах.

с ростом заряда ядра, а для изотопов альфа-излучателей энергия альфа-частиц

уменьшается с ростом массового числа.

деления. При их бета-распаде могут появляться нейтроноизбыточные ядра в сильно

возбужденных состояниях. Возбужденные ядра переходят в основное состояние либо путем испускания гамма-квантов, либо путем испускания нейтронов. Оба процесса происходят практически мгновенно, поэтому промежуток времени между испусканием мгновенных нейтронов и запаздывающих нейтронов практически равен периоду полураспада бете-излучающего нуклида- предшественника.