| 8406202 9216 1210 912 1лектронный захват (Л. Альварес, 1938), предсказанный первоначально X. Юкавой и С. Сакатой (Япония, 1935). Впоследствии были обнаружены сложные, включающие В-распад, превращения, в т. ч. испускание запаздывающих нейтронов (Дж. Даннинг с сотрудниками, США, 1939), запаздывающих протонов (В. А. Карнаухов с сотрудниками, СССР, 1962), запаздывающее деление ядер (Г. Н. Флёров с сотрудниками, 1966-71). Предсказана возможность существования запаздывающих излучателей ядер 3Н и 3Не (Э. Е. Берлович, Ю. Н. Новиков, СССР, 1969). В 1935 И. В. Курчатов с сотрудниками открыли явление изомерии (существование долгоживущих возбуждённых состояний) у искусственно радиоактивных ядер (см. Изомерия атомных ядер). В 1940 К. А. Петржак и Флёров открыли спонтанное деление ядер. Существование протонной активности предполагалось ещё Резерфордом. Перспективы обнаружения 4-го типа Р. и основные его характеристики изучались Б. С. Джелеповым (1951, СССР) и др. Экспериментально элементарный акт радиоактивного распада с испусканием протонов (из изомерного состояния) впервые наблюдали Дж. Черны с сотрудниками (США, 1970). В 1960 В. И. Голъданский предсказал существование двупротонной Р., а в 1971 Гольданский и Л. К. Пекер (СССР) - двунейтронный радиоактивный распад ядер (только из изомерного состояния).
Закон радиоактивного распада. Единицы радиоактивности. Для процессов радиоактивного распада ядер (и элементарных частиц) характерен экспоненциальный закон уменьшения во времени среднего числа активных ядер. Этот закон отражает независимость распада отдельного ядра от остальных ядер. Обычно продолжительность жизни радиоактивных ядер характеризуют периодом полураспада - промежутком времени Т1/2 на протяжении к-рого число радиоактивных ядер уменьшается в среднем вдвое. Поскольку продолжительность жизни отдельного ядра оказывается неопределённой , экспоненциальный закон распада выполняется лишь в среднем, причём тем точнее, чем больше полное число радиоактивных ядер.
Основная единица радиоактивности - кюри, первоначально определялась как активность 1 г Ra. В дальнейшем под 1 кюри стали понимать активность радиоактивного препарата, в к-ром происходит 3,7 • 1010 распадов в сек. Широко используются дробные единицы (напр.. мкюри, мккюри) и кратные единицы (ккюри, Мкюри). Другая единица радиоактивности - резерфорд, равна 1/3700 кюри, что соответствует 106 распадов в сек.
Альфа-распад представляет собой самопроизвольное превращение ядер, сопровождающееся испусканием двух протонов и двух нейтронов, образующих ядро 2Не. В результате а-распада заряд ядра уменьшается на 2, а массовое число на 4 единицы, напр.:
[2125-1.jpg]
Кинетич. энергия вылетающей а-частицы определяется массами исходного и конечного ядер и а-частицы. Если конечное ядро образуется в возбуждённом состоянии, эта энергия неск. уменьшается, и, напротив, возрастает, если распадается возбуждённое ядро (в последнем случае испускаются т. н. длиннопробежные а-частицы). Энергетич. спектр а-частиц дискретный. Период полураспада а-радиоактивных ядер экспоненциально зависит от энергии вылетающих а-частиц (см. Гейгера - Неттолла закон). Теория а-распада, основанная на квантовомеханич. описании проникновения через потенциальный барьер, была развита в 1928 Г. Гамовым и независимо - англ. физиками Р. Гёрни и Э. Кондоном. Известно более 200 а-активных ядер, расположенных в основном в конце периодич. системы, за Рb, к-рым заканчивается заполнение протонной ядерной оболочки с Z - 82 (см. Ядерные модели). Известно также ок. 20 а-радиоактивных изотопов редкоземельных элементов. Здесь а-распад наиболее характерен для ядер с числом нейтронов N=84, к-рые при испускании а-частиц превращаются в ядра с заполненной нейтронной ядерной оболочкой (N=82). Времена жизни а-активных ядер колеблются в широких пределах: от 3 .10-7 сек (для 212Ро) до (2-5) .1015 лет (природные изотопы 142Се, 144Nd, 174Hf). Энергия наблюдаемого а-распада лежит в пределах 4-9 Мэв (за исключением длиннопробежных а-частиц) для всех тяжёлых ядер и 2-4,5 Мэв для редкоземельных элементов.
Бета-распад представляет собой самопроизвольное взаимное превращение протонов и нейтронов, происходящее внутри ядра и сопровождающееся испусканием или поглощением электронов (е-) или позитронов (е+), нейтрино (ve) или антинейтрино (ve).
[2125-2.jpg]
Захват электронов происходит с одной из атомных оболочек, чаще всего с ближайшей к ядру К-оболочки (К - захват), реже - со следующих, L- и М-оболочек (L- и М-за хваты). В--распад характерен для нейтроноизбы точных ядер, в к-рых число нейтронов больше, чем в устойчивых ядрах (а для ядер с Z>83, если число нейтронов больше, чем в В-стабильных ядрах, испытывающих только а-распад). В+-распад и электронный захват свойственны нейтронодефицитным ядрам, более лёгким, чем устойчивые или В-стабильные ядра. Энергия при В-распаде распределяется между 3 частицами: электроном или позитроном, антинейтрино или нейтрино и конечным ядром; поэтому спектр р-частиц сплошной. Бета-радиоактивные изотопы встречаются у всех элементов периодич. системы. Особенностью электронного захвата является слабая зависимость его скорости от хим. состояния превращающихся атомов. Ядро захватывает электрон с к.-л. из электронных оболочек атома, а вероятность подобного захвата определяется строением не только внутренней оболочки, отдающей ядру электрон, но и (в меньшей степени) более отдалённых оболочек, в т. ч. и валентных. Изменение заря-да ядра при В-распаде влечёт за собой последующую перестройку ("встряску") электронных атомных оболочек, возбуждение, ионизацию атомов и молекул, разрыв химических связей. Хим. последствия В-распада (и в меньшей степени др. радиоактивных превращений) являются предметом многочисл. исследований (см. Радиохимия).
Спонтанное деление представляет собой самопроизвольный распад тяжёлых ядер на два (реже - 3 или 4) осколка - ядра элементов середины периодич. системы. Спонтанное деление и а-распад ограничивают возможности получения новых трансурановых элементов.
Протонная и двупротонная Р. должны представлять собой самопроизвольный распад нейтронодефицитных ядер с испусканием 1 или одновременно 2 протонов, проникающих сквозь кулоновский барьер путём туннельного эффекта. Причиной возможности двупротонной Р. служит спаривание в ядре протонов с противоположно направленными спинами, сопровождающееся выделением энергии ок. 2 Мэв. В результате этого испускание из ядра одновременно пары протонов может потребовать затраты меньшей энергии, чем отрыв одного из них от другого, а в ряде случаев может идти даже с выделением энергии (причём за время > 10-12 сек), тогда как испускание одиночного протона потребовало бы, наоборот, затраты энергии.
Трудности наблюдения протонной и двупротонной Р. обусловлены как коротким (по сравнению с др. типами Р.) временем жизни р- и 2р-радиоактивных ядер, так и тем, что эти ядра характеризуются очень сильным дефицитом нейтронов и потому могут быть получены в ядерных реакциях, сопровождающихся вылетом большого числа нейтронов и поэтому маловероятных. Протонную Р. до сих пор удалось наблюдать (см. выше) лишь при распаде не основного, а возбуждённого (изомерного) состояния ядра 53MCo. Двупротонная Р. так же, как и двунейтронный распад, экспериментально пока не обнаружены.
Гамма-лучи. Ядерные изомеры. Испускание у-квантов сопровождает Р. в тех случаях, когда "дочерние" ядра образуются в возбуждённых состояниях. Время жизни ядер в таких возбуждённых состояниях определяется свойствами (спином, чётностью, энергией) данного уровня и нижележащих уровней, на к-рые могут происходить переходы с испусканием у-квантов. Длительность у-переходов резко возрастает с уменьшением их энергии и с увеличением разности моментов исходного и конечного состояний ядра. В ряде случаев эта длительность существенно превышает 10-10-10-9сек, т. е. наряду с основным состоянием данного стабильного или радиоактивного ядра может относительно долго (иногда годы) существовать его метастабильное возбуждённое (изомерное) состояние. Для многих ядерных изомеров наблюдается явление внутренней электронной конверсии: возбуждённое ядро, не излучая у-квантов, передаёт свою избыточную энергию электронным оболочкам, вследствие чего один из электронов вылетает из атома. После внутр. конверсии возникает вторичное излучение рентгеновского и оптич. диапазона вследствие заполнения одним из электронов освободившегося места и последующих переходов. Участие электронных оболочек в конверсионных переходах приводит к тому, что время жизни соответствующих изомеров зависит (хотя и очень слабо) от хим. состояния превращающихся атомов.
Известны изомеры, для к-рых преобладает не у-излучение с образованием др. состояния того же изотопа, но распад по к.-л. из основных типов Р. Так, изомер 71176М Lu (Т1/2 = 3,7 ч) испытывает, как и основной изотоп 7l176Lu, В-распад; изомер 84 212МРо (Т1/2=45 сек), как и основной изотоп 84 212МРо, - а-распад; изомер 95 242МAm (Т1/2=14 мсек)-спонтанное деление.
Радиоактивные ряды (семейства). Во многих случаях продукты радиоактивного распада сами оказываются радиоактивными и тогда образованию стабильного изотопа предшествует цепочка |
