Закономірність a - розпаду

Відомо понад 300 a - активні ядра, велика частина з яких отримана штучно. Переважна більшість останніх зосереджена в області транссвинцьових ядер з Z > 82. Маємо групу a - активних ядер в області рідкоземельних елементів (А = 140-160), а також невелика група в проміжку між рідкоземельними і важкими ядрами. У ядерних реакціях з важкими іонами синтезовані трохи a - випромінюючих нейтронно-дефіцитних ядер з А ~ 110. Прикладом a - розпаду служить розпад ізотопу урану: .

a - частинка – це ядро атома гелію, що містить 2 протони і 2 нейтрони, маса яких відповідно 4,00273 а.о.м. = 6,644×10^-27кг, спін і магнітний момент рівні 0. Енергія зв’язку 28,11 МеВ (7,03 МеВ на 1 нуклон).

Час життя a - активних ядер від 10¹⁷ років () до 3×10^-7с (). Кінетична енергія a - частинок змінюється від 1,83 МеВ () до 11,65 МеВ (ізомер ). Пробіг a - частинки з типовою енергією 6 МеВ складає ~5 см у повітрі і ~ 0,05 мм у Al.

Відповідно до сучасних уявлень, a - частинки не існують у ядрі увесь час, а з деякою кінцевою імовірністю виникають на його поверхні перед вильотом. Дані свідчать також про те, що в поверхневому шарі важких ядер, очевидно, існують a - частинкові угруповання нуклонів (a- кластери).

Енергетичний спектр a - частинок виявляє тонку дискретну структуру (у того самого a - радіоактивного елемента є кілька груп a - частинок з різними довжинами пробігів), що свідчить про те, що атомні ядра мають дискретні енергетичні рівні.

Для a - розпаду характерна сильна залежність між періодом напіврозпаду Т _1/2 і енергією частинок, що вилітають. Звичайно, цю залежність виражають у вигляді зв’язку між пробігом R _a a - частинки в повітрі до її повної зупинки і постійною радіоактивного розпаду

. (18.9)

У цьому емпіричному законі Гейгера-Неттола постійні А і В – різні для кожного з радіоактивних рядів.

Пояснення a - розпаду дає квантова механіка, відповідно до якої основним фактором, що визначає імовірність a- розпаду і її залежність від енергії a- частинок і заряду, є кулонівський бар’єр. Найпростіша теорія (Г.Гамов, 1927 р.) зводилася до описання руху a - частинки в потенційній ямі з бар’єром (рис. 18.1, пунктир). Тому що енергія a - частинки Е _a складає 5-10 МеВ, а висота кулонівського бар'єра у важких ядер – 25-30 МеВ, то виліт a - частинки з ядра може відбуватися тільки за рахунок тунельного ефекту, а ймовірність цього процесу визначається проникністю бар’єра. Для прямокутного потенційного бар’єра коефіцієнт прозорості

, (18.10)

де U – висота потенційного бар'єра; – ширина бар’єра; D ₀ – постійний множник, який можна прирівняти до одиниці.

Формула прозорості D показує, що незначні зміни енергії a - частинки в ядрі приводять до значних змін величини D. Цим пояснюються великі розходження в періодах напіврозпадів a - випромінювачів при порівняно невеликому зростанні енергії a -частинок.

Сучасний підхід до опису a - розпаду спирається на методи, що використовуються в теорії ядерних реакцій. Ширина Г _a стану ядра відносно a - розпаду пов’язана з періодом напіврозпаду співвідношенням

. (18.11)

Для a - розпаду в канал С

, (18.12)

де – так звана приведена ширина, зумовлена ступенем перекривання хвильових функцій початкового і кінцевого стану ядер, що характеризує імовірність появи a - частинки на поверхні ядра (на радіусі каналу R _C), а – проникність ефективного бар'єра (див. на рис. 18.1 суцільна лінія), утвореного ядерним, кулонівським і відцентровим потенціалами (існування відцентрового потенціалу пов’язано з наявністю в a - частинці відмінного від нуля орбітального моменту).

Дата добавления: 2014-01-07