Ядерный распад


Ядерный распад
Ядерная физика
Атомное ядро · Радиоактивный распад · Ядерная реакция

Радиоакти́вность (от лат. radio — «излучаю», radius — «луч» и activus — «действенный»), радиоакти́вный распа́д — явление спонтанного превращения атомного ядра в другое ядро или ядра. Радиоактивный распад сопровождается испусканием одной или нескольких частиц (например, электронов, нейтрино, альфа-частиц, фотонов). Радиоактивностью называют также свойство вещества, содержащего радиоактивные ядра.

Установлено, что радиоактивны все химические элементы с порядковым номером, большим 82 (то есть начиная с висмута), и многие более лёгкие элементы (прометий и технеций не имеют стабильных изотопов, а у некоторых элементов, таких как индий, калий или кальций, часть природных изотопов стабильны, другие же радиоактивны).

Естественная радиоактивность — самопроизвольный распад ядер элементов, встречающихся в природе.

Искусственная радиоактивность — самопроизвольный распад ядер элементов, полученных искусственным путем через соответствующие ядерные реакции.

Энергетические спектры α-частиц и γ-квантов, излучаемых радиоактивными ядрами, прерывистые («дискретные»), а спектр β-частиц — непрерывный.

Распад, сопровождающийся испусканием альфа-частиц, назвали альфа-распадом; распад, сопровождающийся испусканием бета-частиц, был назван бета-распадом (в настоящее время известно, что существуют типы бета-распада без испускания бета-частиц, однако бета-распад всегда сопровождается испусканием нейтрино или антинейтрино). Термин «гамма-распад» применяется редко; испускание ядром гамма-квантов называют обычно изомерным переходом. Гамма-излучение часто сопровождает другие типы распада.

В настоящее время, кроме альфа-, бета- и гамма-распадов, обнаружены распады с эмиссией нейтрона, протона (а также двух протонов), кластерная радиоактивность, спонтанное деление. Электронный захват, позитронный распад (или β + -распад), а также двойной бета-распад (и его виды) обычно считаются различными типами бета-распада.

Некоторые изотопы могут испытывать одновременно два или более видов распада. Например, висмут-212 распадается с вероятностью 64 % в таллий-208 (посредством альфа-распада) и с вероятностью 36 % в полоний-212 (посредством бета-распада).

Образовавшееся в результате радиоактивного распада дочернее ядро иногда оказывается также радиоактивным и через некоторое время тоже распадается. Процесс радиоактивного распада будет происходить до тех пор, пока не появится стабильное, то есть нерадиоактивное ядро, а последовательность возникающих при этом нуклидов называется радиоактивным рядом. В частности, для радиоактивных рядов, начинающихся с урана-238, урана-235 и тория-232, конечными (стабильными) нуклидами являются соответственно свинец-206, свинец-207 и свинец-208.

Содержание

История

Радиоактивность открыта в 1896 г. А. Беккерелем, который обнаружил проникающее излучение солей урана, действующее на фотоэмульсию. Беккерель установил, что интенсивность излучения определяется только количеством урана в препарате и совершенно не зависит от того, в какие соединения он входит. То есть это свойство присуще не соединениям, а химическому элементу — урану.

В 1898 г. Мария Кюри и Пьер Кюри обнаружили радиоактивность тория, позднее ими были открыты радиоактивные элементы полоний и радий.

Э. Резерфорд экспериментально установил (1899), что соли урана испускают лучи трёх типов, которые по-разному отклоняются в магнитном поле:

  • лучи первого типа отклоняются так же, как поток положительно заряженных частиц; их назвали α-лучами;
  • лучи второго типа отклоняются в магнитном поле так же, как поток отрицательно заряженных частиц (в противоположную сторону), их назвали β-лучами;
  • лучи третьего типа, которые не отклоняются магнитным полем, назвали γ-излучением.

Альфа-распад

Основная статья: α-распад

α-распадом называют самопроизвольный распад атомного ядра на дочернее ядро и α-частицу (ядро атома 4He).

α-распад, как правило, происходит в тяжёлых ядрах с массовым числом А≥140 (хотя есть несколько исключений). Внутри тяжёлых ядер за счёт свойства насыщения ядерных сил образуются обособленные α-частицы, состоящие из двух протонов и двух нейтронов. Образовавшаяся α-частица подвержена большему действию кулоновских сил отталкивания от протонов ядра, чем отдельные протоны. Одновременно α-частица испытывает меньшее ядерное притяжение к нуклонам ядра, чем остальные нуклоны. Образовавшаяся альфа-частица на границе ядра отражается от потенциального барьера внутрь, однако с некоторой вероятностью она может преодолеть его (см. Туннельный эффект) и вылететь наружу. С уменьшением энергии альфа-частицы проницаемость потенциального барьера экспоненциально уменьшается, поэтому время жизни ядер с меньшей доступной энергией альфа-распада при прочих равных условиях больше.

Правило смещения Содди для α-распада:

{}^{A}_{Z}\textrm{X}\rightarrow {}^{A-4}_{Z-2}\textrm{Y} + {}^{4}_{2}\textrm{He}.

Пример:

{}^{238}_{92}\textrm{U}\rightarrow {}^{234}_{90}\textrm{Th} + {}^{4}_{2}\textrm{He}.

В результате α-распада элемент смещается на 2 клетки к началу таблицы Менделеева, массовое число дочернего ядра уменьшается на 4.

Бета-распад

Основная статья: β-распад

Беккерель доказал, что β-лучи являются потоком электронов. β-распад — это проявление слабого взаимодействия.

β-распад (точнее, бета-минус-распад, β -распад) — это радиоактивный распад, сопровождающийся испусканием из ядра электрона и антинейтрино.

β-распад является внутринуклонным процессом. Он происходит вследствие превращения одного из d-кварков в одном из нейтронов ядра в u-кварк; при этом происходит превращение нейтрона в протон с испусканием электрона и антинейтрино:

{}^{1}_{0}\textrm{n}\rightarrow {}^{1}_{1}\textrm{p} + {}^{0}_{-1}\textrm{e} + \bar\nu_e

Правило смещения Содди для β -распада:

{}^{A}_{Z}\textrm{X}\rightarrow {}^{A}_{Z+1}\textrm{Y} + {}^{0}_{-1}\textrm{e} + \bar\nu_e

Пример:

{}^{3}_{1}\textrm{H}\rightarrow {}^{3}_{2}\textrm{He} + {}^{0}_{-1}\textrm{e} + \bar\nu_e

После β -распада элемент смещается на 1 клетку к концу таблицы Менделеева (заряд ядра увеличивается на единицу), тогда как массовое число ядра при этом не меняется.

Существуют также другие типы бета-распада. В позитронном распаде (бета-плюс-распаде) ядро испускает позитрон и нейтрино. При этом заряд ядра уменьшается на единицу (ядро смещается на одну клетку к началу таблицы Менделеева). Позитронный распад всегда сопровождается конкурирующим процессом — электронным захватом (когда ядро захватывает электрон из атомной оболочки и испускает нейтрино, при этом заряд ядра также уменьшается на единицу). Однако обратное неверно: многие нуклиды, для которых позитронный распад запрещён, испытывают электронный захват. Наиболее редким из известных типов радиоактивного распада является двойной бета-распад, он обнаружен на сегодня лишь для десяти нуклидов, и периоды полураспадов превышают 1019 лет. Все типы бета-распада сохраняют массовое число ядра.

Гамма-распад (изомерный переход)

Почти все ядра имеют, кроме основного квантового состояния, дискретный набор возбуждённых состояний с большей энергией (исключением являются ядра ¹H, ²H, ³H и ³He). Возбуждённые состояния могут заселяться при ядерных реакциях либо радиоактивном распаде других ядер. Большинство возбуждённых состояний имеют очень малые времена жизни (менее наносекунды). Однако существуют и достаточно долгоживущие состояния (чьи времена жизни измеряются микросекундами, сутками или годами), которые называются изомерными, хотя граница между ними и короткоживущими состояниями весьма условна. Изомерные состояния ядер, как правило, распадаются в основное состояние (иногда через несколько промежуточных состояний). При этом излучаются один или несколько гамма-квантов; возбуждение ядра может сниматься также посредством вылета конверсионных электронов из атомной оболочки. Изомерные состояния могут распадаться также и посредством обычных бета- и альфа-распадов.

Специальные виды радиоактивности

Литература

  • Сивухин Д. В. Общий курс физики. — 3-e издание, стереотипное. — М.: Физматлит, 2002. — Т. V. Атомная и ядерная физика. — 784 с. — ISBN 5-9221-0230-3

См. также

  • Единицы измерения радиоактивности



Wikimedia Foundation. 2010.

Смотреть что такое "Ядерный распад" в других словарях:

  • ядерный распад — — [http://www.eionet.europa.eu/gemet/alphabetic?langcode=en] EN nuclear fission The division of an atomic nucleus into parts of comparable mass; usually restricted to heavier nuclei such as isotopes of uranium, plutonium, and thorium.… …   Справочник технического переводчика

  • ядерный распад — branduolio skilimas statusas T sritis fizika atitikmenys: angl. decay of nucleus; nuclear decay vok. Kernumwandlung, f; Kernzerfall, m rus. распад ядер, m; ядерный распад, m pranc. désintégration du noyau, f; désintégration nucléaire, f …   Fizikos terminų žodynas

  • ядерный распад — branduolio skilimas statusas T sritis Energetika apibrėžtis Sunkiųjų branduolių skilimas į dvi (retai – daugiau) dalis. Skilimą lydi neutronų emisija, gama spinduliuotė. atitikmenys: angl. decay of nucleus; nuclear disintegration vok.… …   Aiškinamasis šiluminės ir branduolinės technikos terminų žodynas

  • вызванный ядерный распад — priverstinis branduolio skilimas statusas T sritis fizika atitikmenys: angl. induced nuclear decay; induced nuclear disintegration; induced nuclear transformation vok. induzierte Kernumwandlung, f; induzierter Kernzerfall, m rus. вызванный… …   Fizikos terminų žodynas

  • вынужденный ядерный распад — priverstinis branduolio skilimas statusas T sritis fizika atitikmenys: angl. induced nuclear decay; induced nuclear disintegration; induced nuclear transformation vok. induzierte Kernumwandlung, f; induzierter Kernzerfall, m rus. вызванный… …   Fizikos terminų žodynas

  • статистический ядерный распад — statistinis branduolio skilimas statusas T sritis fizika atitikmenys: angl. statistical nuclear decay vok. statistische Kernumwandlung, f; statistischer Kernzerfall, m rus. статистический ядерный распад, m pranc. désintégration nucléaire… …   Fizikos terminų žodynas

  • распад ядер — branduolio skilimas statusas T sritis fizika atitikmenys: angl. decay of nucleus; nuclear decay vok. Kernumwandlung, f; Kernzerfall, m rus. распад ядер, m; ядерный распад, m pranc. désintégration du noyau, f; désintégration nucléaire, f …   Fizikos terminų žodynas

  • распад ядра — branduolio skilimas statusas T sritis Energetika apibrėžtis Sunkiųjų branduolių skilimas į dvi (retai – daugiau) dalis. Skilimą lydi neutronų emisija, gama spinduliuotė. atitikmenys: angl. decay of nucleus; nuclear disintegration vok.… …   Aiškinamasis šiluminės ir branduolinės technikos terminų žodynas

  • Распад Советского Союза — Распад СССР процессы системной дезинтеграции, происходившие в экономике (народном хозяйстве), социальной структуре, общественной и политической сфере Советского Союза, приведшие к прекращению существования СССР 26 декабря 1991 года. Основные… …   Википедия

  • ЯДЕРНЫЙ РЕАКТОР — устройство, в к ром осуществляется управляемая ядерная цепная реакция, сопровождающаяся выделением энергии. Первый Я. р. построен в декабре 1942 в США под руководством Э. Ферми. Первый европейский Я. р. создан в декабре 1946 в Москве под… …   Физическая энциклопедия

Книги

Другие книги по запросу «Ядерный распад» >>