Справочное руководство по физике для поступающих в вузы и для самообразования - Яворский Б.М.
Скачать (прямая ссылка):
3°. Бета-распад естественно-радиоактивных ядер не может объясняться простым вылетом электронов из ядра, ибо стабильных электронов в ядре нет. Для создания современных представлений о возникновении ?-частиц основную
роль сыграли данные об энергиях электронов, испускаемых ?-радиоактивными источниками. Опыты показали, что ?-частицы 1-стптва, имеют всевозможные энергии, [еМ? вплоть А° некоторого наиболь-
D L M В6 &8 1 1ТІ ШЄГ° ЗНаЧЄНИЯ ^макс {неПрерЬШ-
' РШ№ ность энергетического спектра Рис. VI.4.7 электронов при ^-распаде). На
рис. VI.4.7 приведена кривая распределения числа N покинувших ядро электронов по их энергиям. Непрерывная кривая обрывается на границе
4°. Атомные ядра находятся в определенных энергетических состояниях (VI.4.2.4°). Потеря ядром энергии, связанная с испусканием ?-частицы, означает переход ядра из энергетического состояния с большей энергией в другое состояние с меньшей энергией. Это невозможно согласовать с тем, что электрон, покинувший атомное ядро, может
ИМеТЬ ЛЮбое Значение ЭНерГИИ ОТ НУЛЯ ДО Е$ытс.
5°. Трудность с объяснением энергии ?-частиц усугубляется трудностью со значениями спинов ядер. При ?-pac-паде массовое число ядра не изменяется. Следовательно, не должен изменяться и суммарный спин всех нуклонов в ядре (VI.4.1.4°). Но электрон, обладающий спином «уно-
сит» свой спин при ?-распаде. Спин ядра, казалось бы, должен измениться — вместо целочисленного (в единицах Ь) он должен оказаться полуцелым (в единицах %) или наоборот. Этого не происходит.
6°. Бета-распад объясняется превращением в радиоактивном ядре нейтрона Jn в протон }р с одновременным образованием электрона _Je и еще одной частицы — антинейтрино Iv **):
_ 0? -> Ip + _?е + Sv6-
*) Сведения об этих закономерностях выходят за рамки данного справочного руководства.
**) В обозначениях нейтрона и протона подчеркивается, что массовые числа у них равны единице, а заряды равны соответствен-
4.7. ВОЗНИКНОВЕНИЕ a-, 0- И v-ИЗЛУЧЕНИЙ
483
В стабильных, не ?-радиоактивных, ядрах такого превращения не происходит вследствие взаимодействия нейтрона с другими нуклонами ядра. Вылет из ядра ?-частицы — электрона сопровождается одновременным вылетом антинейтрино. При этом энергия вылетающей пары частиц различным образом распределяется между ними, но так, чтобы сумма энергий обеих частиц не превышала верхней границы Ермаке (п. 3°). Этим объясняется возможность различных значений энергии ?-частиц. Антинейтрино имеет спин, равный ±%/2. Поэтому при одновременном вылете из ядра электрона и антинейтрино их спины могут быть ориентированы взаимно противоположно и общий спин ядра при ?-распаде не изменяется. В процессах ?-распада мы встречаемся с примерами взаимопревращения частиц с одновременным образованием новых частиц. Подробнее об этом см. VI.5.4.5°—8".
7°. Нейтрон может превратиться в протон не только в ядре, но и тогда, когда он в свободном состоянии (радиоактивность свободного нейтрона). Масса покоя нейтрона превышает сумму масс покоя протона и электрона на Am=O,837•1O-3 а. е. м. (VII.7.1°). Этой массе по закону взаимосвязи массы и энергии (V.4.11.1°) соответствует энергия AE=Am -с2=782 кэВ. Опыты показали, что свободный нейтрон является ?-радиоактивным. Период полураспада свободных нейтронов равен (9,25±0,11) •1O2 с. Электроны, которые испускаются свободными нейтронами, имеют всевозможные энергии, причем наибольшая энергия Е»1МЖС (п. 3°) равна 782 кэВ в соответствии с предыдущим расчетом.
8°. Как правило, у-излучение не является самостоятельным типом радиоактивности. Гамма-излучение сопровождает ос- и ?-распады. Дочернее ядро (VI.4.5.Г), возникшее при а- или ?-распаде, обычно является возбужденным (VI.4.2.4°). При переходе в нормальное или менее возбужденное энергетическое состояние ядро испускает у-фотон, подобно тому как атом, переходя из возбужденного состояния в нормальное, испускает фотон оптического диапазона (VI.2.4.3°) или рентгеновского излучения (V.3.6.1°).
Большая жесткость у-квантов объясняется большими значениями энергий у-фотонов. Разность энергий AE между энергетическими уровнями атомных ядер составляет примерно 0,1 МэВ, в то время как в атомах AE имеет значения, не превышающие десятков электрон-вольт.
но 0и+1 (в единицах элементарного заряда ё). Антинейтрино не имеет массы покоя (V.4.10.4°) и электрического заряда.
484 ОТДЕЛ VI. ГЛ. 4. СВОЙСТВА АТОМНЫХ ЯДЕР
*) В ядерных реакциях соблюдаются еще некоторые законы сохранения, специфические для ядерной физики. Их рассмотрение выходит за рамки данного справочного руководства.
4.8. Ядерные реакции
Г. Ядерными реакциями называются искусственные превращения атомных ядер, вызванные их взаимодействиями с различными частицами или друг с другом. В большинстве случаев в ядерных реакциях участвуют два ядра и две частицы; одна пара «ядро — частица» называется исходной парой, а другая — конечной парой.
2°. Символическая запись ядерной реакции;
А + а-*В + Ь или А(а, Ь)В,
где А и В — исходное и конечное ядра, а и b — исходная и конечная частицы в реакции. В ряде случаев ядерная реакция может происходить неоднозначно: наряду со схемой А+а->В+Ь она может происходить по схеме А+а-*С+с и по другим схемам. Возможные пути протекания ядерной реакции называются ее каналами (каналы ядерной реакции).
