Квантовая физика - Вихман Э.
Скачать (прямая ссылка):
45. Вернемся снова к рис. 38А. Он описывает также «обратный» процесс, когда заряженная частица, энергия Е которой меньше высоты барьера, сталкивается с ядром. Такой частицей может быть а-частица, протон или, например, дейтрон. Если частица проникает через барьер в область действия больших ядерных сил, то может произойти ядерная реакция. Согласно классической механике проникновение через барьер невозможно, но, как мы уже знаем, в квантовой механике возникает другая ситуация. Если энергия Е очень мала, то ничтожно мал и коэффициент пропускания Т и возникновение ядерной реакции крайне маловероятно. При увеличении энергии Е возрастает прозрачность барьера, а тем самым и вероятность ядерной реакции. Рост вероятности реакции с энергией частицы грубо описывается экспоненциальной зависимостью. Таким образом, проникновение через барьер является существенной особенностью многих ядерных реакций, вызываемых заряженными частицами не слишком большой энергии. Ситуация меняется, если падающей частицей будет нейтрон. Для нейтральной частицы ку-лоновский барьер отсутствует, и она свободно проникает в ядро, как бы мала ее энергия ни была. Действительно, многие ядерные реакции дают большой выход даже для тепловых нейтронов, под которыми понимают нейтроны с энергией, соответствующей комнатной температуре, т. е. близкой к (1/40) эВ.
N (t) = N0e~
(44а)
Tj/2 = л-11п2 = тга In 2.
(44b)
288
46. Тяжелые радиоактивные ядра можно разделить на четыре группы, соответствующие четырем различным радиоактивным рядам. При испускании а-частицы массовое число А ядра изменяется на четыре единицы, а атомный номер Z — на две единицы. При
8и) 4,5 ¦ Ю 9 лет ’™ 24,! сут йРа) 6,?ч
^U) 2,5 ¦ 10sлет
3,3 ¦ )0*лет ,6(?а) ?В22.года
/О \
' Вп) 3,8 сут
Tl Bi At Fr Ас Ра Мр Am Bk Es Hg РЬ Po Rn RaiTh U Pa Cm Cf
HO 82 ?4 33 ?3 30 32 34 ffff 33 Атомный номер Z
f' Po) 3,05мин «7
№Pb) 27 мин
Щ \
' 6i) 20 мин
'mp0) 1,6 ' w 4c
Po) 138 cym
r06Pb) Стабильно,¦
Рис. 46A. Распады тяжелых^радиоактивных ядер, массовые числа которых изображаются формулой А—Ап-\-2. Стрелками показаны радиоактивные распады. Значение стрелок пояс* «ено в нижнем правом углу рисунка: стрелка а изображает a-распад, стрелка р — ji-распад (испускание электрона и антинейтрино), стрелкой К обозначен К-захват. Заметим, что у некоторых ядер имеются две возможности распада. Конечным продуктом всех показанных на рисунке распадов является стабильный изотоп свинца 206РЬ
Рис. 46В. Ряд радиоактивных распадов уран — радий — свинец. Периоды полураспада показаны справа, а способ распада — символами аир слева от кружков. Все эти изотопы природные (они заключены в минералах ураиа), так как происходят от долгоживущего изотопа вэ*и. Трансурановые элементы этого ряда (массовое число А = 4п + 2) имеют периоды полураспада, которые невелики в_геологической шкале времени
289
Р-распаде, когда испускается электрон (позитрон) и антинейтрино (нейтрино), массовое число не меняется, но атомный номер меняется на +1 (—1). Некоторые тяжелые ядра испытывают сс-распад, а некоторые— p-распад. Существует другая возможность: ядро может захватить электрон из окружающего его облака атомных электронов и испустить нейтрино. Такой процесс носит название К-захвата. Он тесно связан с Р-распадом. Фундаментальным взаимодействием, ответственным за К-захват и p-распад, является универсальное слабое взаимодействие, о котором мы говорили ранее. Электрон, позитрон и нейтрино (в отличие от а-частицы) не принимают участия в сильных взаимодействиях, стветственных за «ядерные силы». Причиной больших (в ядерном масштгбе) времен жизни радиоактивных ядер относительно Р-распада или К-захвата является не проникновение через барьер, а просто чрезвычайно слабое взаимодействие.
В а-распаде массовое число А меняется на четыре единицы, при Р-распаде и /(-захвате оно не меняется. Радиоактивные ядра можно разделить на четыре семейства, и массовое число в пределах каждого из них описывается выражением Л=4«4-г, где п — переменное число, а г фиксировано. Четыре семейства соответствуют различным значениям г—0, 1, 2, 3. Одно из таких семейств для г—2 показано на рис. 46А и 46В.
