1. FIZIKA ATOMSKOG JEZRA 1.4. β raspadanje

1.4. Beta raspad.

Vrste i svojstva beta raspada. Elementi teorije beta raspada. Radioaktivne porodice

Beta raspad jezgro je proces spontane transformacije nestabilnog jezgra u izobarno jezgro kao rezultat emisije elektrona (pozitrona) ili hvatanja elektrona. Poznato je oko 900 beta radioaktivnih jezgara. Od toga je samo 20 prirodnih, a ostali su umjetni.
Vrste i svojstva beta raspada

Postoje tri vrste β -raspad: elektronski β – -raspad, pozitronski β + -raspad i hvatanje elektrona ( e-hvatanje). Glavni tip je prvi.

At elektronski β – -raspadanje jedan od neutrona jezgra pretvara se u proton sa emisijom elektrona i elektronskog antineutrina.

Primjeri: raspad slobodnog neutrona

, T 1/2 =11,7 min;

raspadanje tricijuma

, T 1/2 = 12 godina.

At pozitron β + -raspadanje jedan od protona jezgra pretvara se u neutron uz emisiju pozitivno nabijenog elektrona (pozitron) i elektronskog neutrina

. (1.41b)

Primjer

·

Iz poređenja poluživota predaka porodica sa geološkim životnim vijekom Zemlje (4,5 milijardi godina), jasno je da je gotovo sav torijum-232 sačuvan u Zemljinoj supstanci, uran-238 se raspao otprilike polovina, uranijum-235 - uglavnom, neptunijum-237 skoro sve.

Beta raspad (b-raspad) je spontani proces nuklearne transformacije, usljed kojeg jezgro mijenja svoj naboj za ΔΖ = ±1, zadržavajući isti broj nukleona A (maseni broj). U nekim slučajevima besplatno b -čestice(elektron β - ili pozitron β + ) ili jedan od elektrona prestane da postoji („hvatanje“ jezgrom elektrona iz elektronske ljuske) odgovarajućeg atoma. Osobine elektrona i pozitrona su identične, sa izuzetkom predznaka električnog naboja. Tokovi generisanih b - čestice se nazivaju b - zračenje.

β-raspad je najčešći tip radioaktivne transformacije jezgara u prirodi. Za razliku od α-raspada, koji se uočava isključivo u teškim jezgrama, jezgra su podložna β-raspadu u gotovo cijelom rasponu vrijednosti masenog broja A, počevši od jedinice (slobodni neutron) pa do masenih brojeva od najtežih jezgara.

Energija oslobođena tokom β-raspada, opet, za razliku od α-raspada, leži u prilično širokom rasponu vrijednosti od 0,02 MeV at raspad jezgra tricijuma 3 H do 16,4 MeV tokom raspada 12 N jezgra.

Poluživot β-aktivnih jezgara varira u vrlo širokom rasponu od 10 -2 With do 1018 godine.

Stabilna atomska jezgra moraju imati minimalnu ukupnu energiju, koja je određena njihovom masom. Masa jezgra sa datim brojem nukleona određena je, pak, njegovim proton-neutronskim sastavom, jer mase protona i neutrona nisu jednake. U tom smislu, izobara jezgra imaju jedinu moguću konfiguraciju broja protona i neutrona, što odgovara jezgru sa najmanjom masom (vidi sliku 2.2.1), a samim tim i ukupnom energijom. Energetski je povoljno da se jezgro sa bilo kojom drugom konfiguracijom nukleona transformiše u jezgro sa optimalnom konfiguracijom. Takve spontane promjene u sastavu jezgara se dešavaju i uzrokovane su fenomenom b-raspada - međupretvaranjem nukleona jedan u drugi. Smjer procesa za jezgro sa datim proton-neutronskim sastavom određen je samo stanjem u kojem jedan od nukleona jezgra - neutron ili proton - ima najveću energiju veze, što odgovara najmanjoj masi jezgra. (vidi sliku 2.2.1).

Poznata su tri tipa b-raspada.

1. Elektronski (β - - raspad):

2. Positronic (b + - propadanje)

3. E-grip (ili TO-hvatanje - prema oznaci elektronske ljuske)

E-grip i b+ - raspadi se često takmiče jedni s drugima, budući da jezgra prolaze kroz iste transformacije.

Dakle, za b - raspada bilo koje vrste, broj nukleona u jezgru je očuvan, ali dolazi do spontane transformacije ili neutrona u proton(β - - raspad), ili protona u neutron(b + -raspadanje i E-hvatanje). Zbog toga je E-hvatanje klasifikovano kao proces b-raspada.

Od b - raspada se mijenja samo jedan od nukleona jezgra, tada je ovaj proces intranukleonski a ne intranuklearni. To potvrđuje b - raspad slobodnog neutrona koji se odvija prema sljedećoj shemi:

.

(3.5.6)

Dakle, slobodni neutron je nestabilna čestica. Moderna vrijednost poluraspada neutrona je 10,25 minuta.

Transformacija (b-raspad) slobodnog protona u neutron zabranjena je zakonom održanja energije, jer je njegova masa 1,3 MeV manje od mase neutrona. Ali kao dio jezgra, može se pretvoriti u neutron zbog unutrašnje energije jezgra, što dovodi do fenomena b + -raspadanje ili E-hvatanje.

Zadržimo se na zanimljivom pitanju nastanka slobodnih β-čestica u procesu β-raspada jezgara. Nema sumnje da je izvor β-čestica jezgro, ali velika količina eksperimentalnih podataka ukazuje da u jezgru nema β-čestica. Još prije otkrića neutrona (1932) i stvaranja proton-neutronskog modela jezgra (Ivanenko, Heisenberg, 1932), predložen je model atomskog jezgra koji sadrži protone i elektrone. Na primjer, jezgro je predstavljeno kao 14 protona i 7 elektrona. Do tada je bilo poznato da proton i elektron imaju polucijeli spin jednak 1/2 i, prema ovom modelu, nuklearni spin bi trebao biti polucijeli broj. Međutim, eksperimentalno izmjereni spin jezgra bio je jednak jedinici. Ova kontradikcija je nazvana "azotna katastrofa". To implicira nepravednost protonsko-elektronskog modela jezgra. O tome svjedoči i red veličine magnetnih momenata jezgara, koji ne prelaze nekoliko Borovih nuklearnih magnetona (vidjeti §1.6 str.2). Da su elektroni dio jezgre, bilo bi prirodno očekivati ​​da bi magnetni momenti jezgara trebali biti po redu veličine bliski atomskom Bohrovom magnetonu, čija je veličina ~ 2000 puta veća od nuklearnog. Konačno, o nemogućnosti postojanja vezanih elektrona u jezgru svjedoči kvantnomehanički odnos između nesigurnosti Δ str i Δ r istovremeno mjerenje impulsa i koordinata elektrona u jezgru:

što odgovara energiji elektrona > 20 MeV. Ova energetska vrijednost značajno premašuje visinu Kulonove barijere za elektrone u najtežim jezgrima ( IN k ≈ 15 MeV), i energija β-raspadnih elektrona. Dakle, prema modernim konceptima, u jezgrima nema elektrona i oni se rađaju direktno tokom b-raspada jezgra, o čemu svjedoči rađanje posebnih čestica: neutrina (ν) i antineutrina, koji se zajednički nazivaju neutrina.

Vrlo je lako eksperimentalno otkriti β - i b + -raspad detekcijom visokoenergetskih β-čestica korištenjem konvencionalnih metoda. Nemoguće je otkriti neutrine proizvedene tokom E-hvatanja koristeći konvencionalne laboratorijske metode. Međutim, E-hvatanje je praćeno karakterističnim rendgenskim zračenjem, koje nastaje zbog činjenice da je rezultirajuća energetska praznina nakon hvatanja elektrona od strane jezgre popunjena elektronima iz elektronskih omotača atoma iznad. Talasna dužina karakterističnog rendgenskog zračenja određena je Z vrijednošću jezgra (Moseleyjev zakon), što omogućava identifikaciju naboja matičnog jezgra. Osim toga, energija prijelaza može se direktno prenijeti na jedan od elektrona vanjske ljuske, što rezultira emisijom monoenergetskih elektrona (tzv. Auger elektroni). Upravo iz takvih pratećih fenomena otkriveno je E-hvatanje (Alvarets, 1937).

Tokom β-raspada, oslobađa se energija jednaka razlici između mase početnog sistema i konačne mase, izražene u energetskim jedinicama:

= M(A,Z) - M(A,Z+1) - m β > 0, =M(A,Z) - M(A,Z-1) - m β > 0, ONA = M(A,Z) + m e - M(A,Z-1) - ε e > 0,

(3.5.9)

gdje su m e i ε e masa i energija vezivanja atomskog elektrona koji je zarobljen od strane jezgra. U desnim stranama (3.5.9), mase mirovanja neutrina i antineutrina su izostavljene, jer prema modernim konceptima njihove mase mirovanja m ν ne prelaze 30 eV(m ν<< m e).

Ako desnoj strani jednakosti saberemo i oduzmemo (3.5.9) Z m e , tada, tačno na energiju vezivanja elektrona u atomu, energija odgovarajućeg tipa β-raspada može se izraziti kroz mase atoma:

= M at(A,Z) - M at(A,Z+1) > 0, = M at(A,Z) - M at(A,Z-1) - 2m e > 0, E E =M at(A,Z ) - M at(A,Z-1) - ε e > 0.

(3.5.10)

Pozitivna energija raspada je neophodan energetski uslov za mogućnost β-raspada. Stoga (3.5.9) i (3.5.10) izražavaju energetske uslove odgovarajućih tipova β-raspada. Neprikladno je koristiti koncept energije vezivanja β-čestica u jezgru u ove svrhe, jer u jezgru nema β-čestica.

Gore je navedeno da je b + - raspadanje i E-hvatanje se takmiče jedno s drugim. Iz (3.5.10) je očigledno da ako je zadovoljen uslov za β + -raspad, onda će potonji biti još više ispunjen, a E-hvatanje može da se desi čak i kada je β + -raspad energetski nemoguć. Sva neparna-neparna jezgra, sa izuzetkom četiri laka jezgra 2 H, 6 Li, 10 B i 14 N koja su gore spomenuta, nestabilna su na β raspad i vrlo često doživljavaju sva tri tipa b - propadanje, iako sa različitim vjerovatnoćama. Ovo se objašnjava efektom uparivanja istoimenih nukleona, usled čega neparno-neparno jezgro na sve moguće načine "stremi" da postane parno-parno (slika 2.2.1, b). Na primjer, 40% jezgara prolazi kroz β - ‑raspad, 40% % - E-hvatanje i na 20 % - b + - propadanje Kao i uvijek, ove podatke treba shvatiti u statističkom smislu, a svako specifično jezgro može ili doživjeti β - ‑raspad, ili E‑hvatanje, ili b + - propadanje

Procijenimo maksimalni udio energije koji može primiti nepobuđena kćerka jezgra kada je energija neutrina nula. U ovom slučaju, kinetička energija β čestice ( Tβ) max i kćer jezgro T imam maksimalne moguće vrijednosti. Neka se majčinsko jezgro odmori. Tada iz zakona održanja impulsa slijedi da

Stoga, sa dobrom tačnošću možemo staviti = E β .

Energija β-čestica se mjeri veličinom njihovog otklona pri kretanju u konstantnom magnetskom polju pomoću posebnih uređaja tzv. magnetna β- spektrometri. Potonji je magnetni analizator impulsa β-čestica i sličan je masenom spektrometru. Mjerenja su pokazala da u procesu β-raspada identičnih jezgara, β-čestice svih energija od nule do energije ( T e) max, tzv gornja granica β- spektra, i približno jednaka Eβ iz (3.5.10). Dakle, za razliku od linijskih spektra α čestica (vidi sliku 3.4.1), energetski spektar β čestica je kontinuiran. Na sl. 3.5.1. prikazan je energetski spektar β - čestica emitovanih tokom raspada slobodnog neutrona (3.5.6), čiji je oblik vrlo tipičan. Energetski spektri lakih jezgara su simetričniji i za njih je prosječna energija emitovanih β-čestica približno jednaka (1/2)·( T e) max. U teškim jezgrima prosječna energija β-čestica je obično blizu 1/3 maksimuma i za većinu prirodnih izvora β-zračenja je u rasponu od 0,25 ÷ 0,45 MeV.

Tumačenje navedenih karakteristika energetskih spektra β-čestica svojevremeno je izazvalo velike poteškoće. Zaista, ako ne pravimo nikakve pretpostavke, onda prema (3.5.10) emitovane β-čestice moraju, kao i α-čestice, imati striktno definisanu vrednost i jednaku ( Tβ) maksimalna energija, određena energetskim prinosom raspada. Ali spektar sadrži b - čestice sa bilo kojom nižom energijom i neminovno se postavlja pitanje - gdje nestaje ostatak energije u svakom slučaju b-raspada, kada T β < (T e)max? Ova razmatranja su poslužila kao osnova za hipotezu (Pauli, 1931) o nastanku u procesima β-raspada električne neutralne čestice sa masom mirovanja blizu nule i spinom jednakim 1/2. Ova čestica, kasnije nazvana neutrino, trebala bi odnijeti većinu (~ (2/3)·( T e) max) energija raspada. Pored zakona održanja energije, postoji još jedan važan argument koji nužno vodi do hipoteze o neutrina - zakon održanja spina. Razmotrimo raspad (3.5.6) slobodnog neutrona. Neutron koji ima spin 1/2, koji se raspada samo na proton (spin 1/2) i elektron (spin 1/2) dao bi ukupan spin proizvoda jednak 0 ili 1, što je u suprotnosti sa zakonom održanja impulsa , za koje je potrebno pretpostaviti rođenje čestice sa polucijelim spinom. Uzimanje u obzir orbitalnih momenata protona i elektrona ne mijenja ništa, jer su oni uvijek cijeli brojevi.

Dakle, tokom β-raspada, za razliku od α-raspada, iz jezgra se emituje ne jedna, već dve čestice. Zbog statističke prirode fenomena radioaktivnosti u svakom činu β-raspada, raspodjela energije raspada između β-čestice i neutrina može biti bilo koja, tj. kinetička energija elektrona može imati bilo koju vrijednost od nule do ( Tβ) max. Za vrlo veliki broj raspada, rezultat više nije slučajan, već potpuno pravilna raspodjela energije β-čestica, nazvanih β-čestica. spektra.

Neutrini praktički ne stupaju u interakciju sa materijom i njihov slobodni put (udaljenost do prve interakcije) u čvrstoj materiji je približno 10 16 km, što otežava njihovu registraciju. Stoga je praktično nemoguće izmjeriti energiju neutrina i promatrati njihovu energetsku distribuciju, a zapravo je jedini dostupan za registraciju samo β spektar. Dugo vremena, informacije koje potvrđuju postojanje neutrina bile su indirektne prirode i prvi put su dobijene 1942. (Alen) mjerenjem energije trzanja kćeri jezgri tokom E-hvatanja. Direktno promatranje neutrina ostvareno je tek 1953. (Reines i Cowan) nakon stvaranja moćnih nuklearnih reaktora, čiji rad je praćen oslobađanjem velikih neutrina.

Formiranje kćerke jezgre kao rezultat β-raspada u osnovnom energetskom stanju je prije izuzetak nego pravilo. Tipično, β-raspad se odvija prilično slobodno i na nivou tla i na relativno snažno (u poređenju sa α-raspadom) pobuđenim nivoima, a može se uočiti nekoliko pobuđenih nivoa jezgra kćeri. Pobuđena ćerka jezgra prelaze u osnovno stanje, emitujući γ kvante. Stoga je β-raspad gotovo uvijek praćen γ-zračenjem, koje predstavlja glavnu opasnost pri rukovanju radioaktivnim supstancama.

Ekscitacija jezgra kćeri na energiju nastaje zbog energije raspada Eβ iu ovom slučaju maksimalna energija β spektra

.

(3.5.13)

Ako je tokom β-raspada moguće formiranje kćerke jezgre u nekoliko pobuđenih stanja, onda je kompletan β-spektar superpozicija nekoliko β-spektara sa njihovim graničnim energijama i može imati složen oblik. Svaku komponentu spektra karakterizira njen izlaz, tj. udio propadanja koji dovodi do njegovog formiranja.

Isto kao a - raspad (slika 3.4.1), b-raspad je prikladno predstavljen dijagramom. Na sl. 3.5.2 prikazuje dijagram β + - raspad jezgra 14 O, usled čega se jezgro kćer 14 N rađa u pobuđenom stanju. Po prelasku u osnovno stanje, jezgro kćer emituje g-kvant sa energijom od 2,31 MeV.

Vjerovatnoća b - propadanje je determinisano tzv pravila selekcije na paritetu i nazad. One su sljedeće. 1) Ako je paritet majke R m i podružnica R d jezgra se poklapaju, tj. ako R m R d = +1, tada takvi b-prijelazi imaju najveću vjerovatnoću ( dozvoljeno jezikom kvantne mehanike). 2) Ukupni ugaoni moment koji obje čestice nose na b - propadanje je jednako

L = s β + s ν + l β + l ν ,

(3.5.14)

Gdje s I l– spin i orbitalni impuls odgovarajućih čestica. Emisija b-čestica i neutrina l> 0 krajnje malo vjerovatno ( zabranjeno na jeziku kvantne mehanike) i dozvoljeno su prijelazi iz l = 0.

Dakle, dozvoljeni b-prijelazi su oni za koje R m R d = +1 i l= 0. Za dozvoljene prelaze, promena spina jezgra će biti određena samo orijentacijom spinova emitovanih čestica. Postoje dvije mogućnosti.

a) β-čestica i neutrino se emituju sa suprotno usmerenim spinovima, tako da je ukupni impuls koji nose obe čestice jednak nuli (orijentacija spina nukleona koji prolazi kroz β-raspad je očuvana) i spin jezgra ne menja, tj. Δ I= 0. Takvi prelazi se nazivaju Fermi, i odgovarajući pravila selekcije

Su pozvani Fermijeva pravila odabira.

b) β-čestica i neutrino se emituju sa identično usmerenim spinovima, tako da je ukupni impuls koji nose obe čestice jednak jedinici (orijentacija spina nukleona je obrnuta). Moguće promjene u spinu jezgra će biti Δ I= 0, ±1. Ako izuzmemo 0 – 0 tranzicije u kojima je nuklearni spin jednak nuli, kako u početnom tako iu konačnom stanju, dobićemo Pravila odabira Gamow-Teller-a

Napomenimo još jednom da za 0 - 0 prelaza Gamow-Teller tranzicije strogo zabranjeno, tj. ne može se ispuniti ni pod kojim okolnostima.

Stoga je vjerovatnoća direktno b - Raspad i formiranje kćerke jezgre u određenom energetskom stanju uvelike zavisi od pariteta i razlike u spinovima početnog i konačnog stanja jezgara. Ova situacija je jasno vidljiva na dijagramu (Sl. 3.5.2) raspada jezgra 14 O, gdje je naznačeno da je vjerovatnoća da će jezgro kćer završiti u osnovnom stanju sa karakteristikom 1 + zanemarljiva.

Energija pobude kćernih jezgara određena je sistemom nivoa nuklearne energije i obično se nalazi u rasponu od 0,1 ÷ 3 MeV. U ovim slučajevima, prelazak pobuđenog jezgra kćeri u osnovna stanja odvija se na uobičajen način. Međutim, u rijetkim slučajevima, energija pobude kćernih jezgri može doseći 8 ÷ 11 MeV, premašuje energiju vezivanja (razdvajanja) nukleona:

.

(3.5.17)

U ovom slučaju, pobuđena kćerka jezgra se oslobađa viška energije, gotovo trenutno emitujući nukleon - proton ili neutron, ovisno o tome koji od nukleona ispunjava uvjet (3.5.17). Ovi nukleoni se nazivaju oni koji kasne, budući da se pojavljuju kao rezultat nastanka visoko pobuđenih stanja jezgre kćeri tek nakon β-raspada matičnog prekursorsko jezgro.

Pogledajmo detaljnije proces emisije odloženih neutrona fragmenti fisije (videti §5.2), koji se koriste za kontrolu lančane reakcije fisije (videti §5.3). Vrijeme pojave odloženih fisionih neutrona, za razliku od brzih (vidjeti §5.2), određeno je vremenom poluraspada jezgara prekursora. Na sl. 3.5.3 prikazuje dijagram formiranja odloženih neutrona tokom raspada jezgra 87 Br nastalog tokom fisije 235 U. U otprilike dva slučaja od stotinu β - raspada jezgra 87 Br, kćer jezgro 87 Kr pojavljuje se u visoko pobuđenom stanju sa energijom pobude = 5,8 MeV. Energija veze posljednjeg neutrona u jezgru 87 Kr je ε n = 5,53 MeV, što je manje od energije pobude i stoga se emituje neutron sa kinetičkom energijom od 0,27 MeV i formira se stabilno jezgro 86 Kr. Za tako nisku energiju vezivanja posljednjeg neutrona mogu se navesti dva razloga: jezgra fisijskih fragmenata su prezasićena neutronima (leže ispod staze stabilnosti, vidi sliku 1.1.2); i, pored toga, jezgro 87 Kr ima jedan dodatni neutron iznad i iznad zatvorene ljuske od 50 neutrona u magičnom jezgru. Isti razlozi uzrokuju pojavu odloženih neutrona tokom β - raspada teškog fisionog fragmenta 137 I, koji se može transformisati u visoko pobuđeno jezgro 137 Xe *. Nakon emitovanja neutrona, jezgro 137 Xe* pretvara se u stabilno jezgro sa magičnim brojem neutrona jednakim 82.

Dakle, možemo ukazati na dvije okolnosti koje pogoduju ispunjenju uslova (3.5.17) i, posljedično, pojavi odgođenih neutrona tokom β - raspada: - zabrana formiranja jezgra kćeri u osnovnom energetskom stanju i malog vrijednost energije vezivanja neutrona ε n.

Ako su jezgra jako preopterećena neutronima i nalaze se ispod staze stabilnosti (slika 1.1.2), tada je moguće formiranje uzastopnih lanaca β - raspada. Slična situacija se uočava i u nuklearnom reaktoru, kada proizvodi fisije (fragmenti) sa različitim verovatnoćama formiraju veliki broj (stotine) različitih lancima- raspada. Na sl. Na slici 3.5.4 prikazana su dva najvjerovatnija lanca u kojima je zabilježena emisija odgođenih neutrona od strane jezgara 139 Xe i 94 Sr, o čijoj fizičkoj pojavi se govori gore.

U lancu β - raspada od 95 Kr uočava se još jedna uobičajena pojava, tzv. nuklearni izomerizam. Jezgro 95 Zr se raspada da bi se formiralo izomerni par: pojava sa različitim vjerovatnoćama 95 m Nb jezgara u metastabilnom stanju i 95 Nb jezgara u osnovnom energetskom stanju. Fenomen nuklearnog izomerizma je detaljnije razmotren u §3.6.

Teoriju b-raspada stvorio je Fermi 1934. po analogiji s kvantnom elektrodinamikom, u kojoj se emisija i apsorpcija fotona smatra rezultatom interakcije naboja sa elektromagnetnim poljem koje stvara (vidi §1.9, paragraf 5 ). U ovom slučaju fotoni nisu sadržani u gotovom obliku u nabojima, već se rađaju direktno u trenutku emisije.

U Fermijevoj teoriji, proces b-raspada se smatra rezultatom interakcije nukleona s novom vrstom polja (elektron-neutrino polje), zbog čega nukleon, koji se nalazi u jednom od dva moguća nukleonska stanja - proton ili neutron - emituje b-česticu i neutrino i prelazi u različito nukleonsko stanje. Nukleoni su izvori b-čestica i neutrina, koji se rađaju direktno u trenutku transformacije nukleona u polju elektron-neutrina. Polja ove vrste trenutno se nazivaju elektroslaba.

Sve interakcije poznate nauci povezane su sa samo četiri tipa polja: jakim (nuklearnim), elektromagnetnim, elektroslabim i gravitacionim. Na primjer, sve kemijske reakcije pripadaju klasi elektromagnetskih interakcija, budući da se izvode električnim silama elektronskih omotača atoma. Konkretno, sve manifestacije života na Zemlji također su elektromagnetne prirode. Snažna (nuklearna) interakcija drži nukleone u jezgri i manifestira se raznim nuklearnim reakcijama. Slaba interakcija je odgovorna za b-raspad i raspad mezona. Gravitaciono polje se manifestuje na makroskopskom i kosmičkom nivou. Ako sve ove interakcije rasporedimo prema njihovom relativnom intenzitetu, dobićemo sljedeću sliku:

jaka 1

elektromagnetna ~ 10 -2

elektroslab ~ 10 -14

gravitacioni ~ 10 -40.

Ne treba misliti da ove brojke određuju ulogu odgovarajućih interakcija (polja) u prirodi. Oni su podjednako fundamentalni, odnosno bez ijednog od njih postojanje Univerzuma je nemoguće.

Fermijeva teorija je omogućila izračunavanje b-spektra i utjecaja na oblik b-spektra Kulombovog polja jezgra i elektronskog omotača atoma. Pri niskoj energiji izlazeće naelektrisane čestice, oblik bilo kog β-spektra je izobličen Kulonovom interakcijom između jezgra i β-čestice jezgra koja izlazi iz njega (slika 3.5.5). Kulonovo polje jezgra utiče na b - - efekat kočenja čestica. Kao rezultat toga, ispostavlja se da je spektar u "mekoj" (niskoenergetskoj) energetskoj regiji obogaćen česticama. β - - Spektri sa graničnom energijom manjom od 1 MeV za srednje i teške jezgre one uopće nemaju maksimum, već se monotono smanjuju. U spektru b+ - raspada, meko područje spektra, naprotiv, ispada da je iscrpljeno. Polje elektronske ljuske atoma ima neznatan uticaj na spektar.

Prilikom studiranja b - fenomena raspada, napravljeno je jedno od fundamentalnih otkrića nuklearne fizike - paritetno neočuvanje u slabim interakcijama. Hipotezu o neočuvanju parnosti u slabim interakcijama iznijeli su 1956. Lee i Yang, koji su pokazali da je, za razliku od Fermijeve teorije, zasnovane na zakonu očuvanja parnosti, moguće konstruirati teoriju b - propada bez uzimanja u obzir ovog zakona, koji nije bio u suprotnosti sa svim eksperimentalnim činjenicama poznatim u to vrijeme. Oni su također predložili eksperiment za otkrivanje kršenja pariteta na b - kolaps, koji je 1957. godine inscenirao Wu. Glavne karakteristike ovog eksperimenta su sljedeće (slika 3.5.7). b-Aktivni uzorak 60 Co, čija jezgra imaju veliki spin i magnetni moment ( I= 5, m = 3,78 m B) , je stavljen u magnetno polje kružne struje i ohlađen na vrlo nisku (~ 10 -2 TO) temperature. To je bilo neophodno da bi se magnetski momenti, a samim tim i spinovi 60 Co jezgri orijentisali u određenom pravcu (polarizacija) i smanjio uticaj toplotnih vibracija jezgara. Za uzorak od 60 Co polariziran na ovaj način, b - čestice koje lete pod uglom q i p-q u odnosu na smjer polarizujućeg magnetnog polja, odnosno u odnosu na smjer spina jezgra. Kada je zakon održanja parnosti zadovoljen, ispunjen je uslov za kvadrat modula valne funkcije

one. inverzija koordinatnog sistema ne može promijeniti vjerovatnoću detekcije čestice. Iz azimutalnog ugla j ništa ne zavisi od iskustva. Prema tome, ako je paritet očuvan, onda je vjerovatnoća detekcije b-čestice pod uglom q (“naprijed”) i str - q („nazad”) je isto. Iskustvo je pokazalo značajnu razliku u broju čestica pod ovim uglovima. Značajno (~ 40%) više b-čestica se kretalo “naprijed” (u smjeru vektora jačine magnetskog polja) nego “nazad”. Tako se pokazalo da je zakon održanja parnosti, koji se činio fundamentalnim i neprikosnovenim kao i drugi zakoni održanja, prekršen u slučaju slabih interakcija. To je dovelo do revizije i usavršavanja teorije slabih interakcija.

Beta raspad

β-raspad, radioaktivni raspad atomskog jezgra, praćen emisijom elektrona ili pozitrona iz jezgra. Ovaj proces je uzrokovan spontanom transformacijom jednog od nukleona jezgra u nukleon druge vrste, odnosno: transformacijom ili neutrona (n) u proton (p), ili protona u neutron. U prvom slučaju, elektron (e -) izleti iz jezgra - dolazi do takozvanog β - raspada. U drugom slučaju, pozitron (e +) izleti iz jezgra - dolazi do raspada β +. Polazak pod B.-r. elektroni i pozitroni se zajednički nazivaju beta česticama. Međusobne transformacije nukleona praćene su pojavom još jedne čestice - neutrina ( ν ) u slučaju β+ raspada ili antineutrina A, jednak ukupnom broju nukleona u jezgru, se ne mijenja, a nuklearni proizvod je izobara originalnog jezgra, koja stoji pored njega desno u periodnom sistemu elemenata. Naprotiv, tokom β + -raspada, broj protona se smanjuje za jedan, a broj neutrona se povećava za jedan i formira se izobara, koja je susjedna lijevo od originalnog jezgra. Simbolično, oba procesa B.-r. su napisani u sljedećem obliku:

gdje je -Z neutrona.

Najjednostavniji primjer β - raspada je transformacija slobodnog neutrona u proton emisijom elektrona i antineutrina (vrijeme poluraspada neutrona ≈ 13 min):

Složeniji primjer (β - raspad - raspad teškog izotopa vodika - tricija, koji se sastoji od dva neutrona (n) i jednog protona (p):

Očigledno, ovaj proces se svodi na β - raspad vezanog (nuklearnog) neutrona. U ovom slučaju, β-radioaktivno jezgro tricijuma pretvara se u jezgro sljedećeg elementa u periodnom sistemu - jezgro svjetlosnog izotopa helijuma 3 2 He.

Primjer β + raspada je raspad ugljičnog izotopa 11 C prema sljedećoj shemi:

Transformacija protona u neutron unutar jezgra također može nastati kao rezultat toga da proton uhvati jedan od elektrona iz elektronske ljuske atoma. Najčešće dolazi do hvatanja elektrona

B.-r. opaženo u prirodno radioaktivnim i umjetno radioaktivnim izotopima. Da bi jezgro bilo nestabilno u odnosu na jednu od vrsta β-transformacije (tj. moglo bi doživjeti transformaciju), zbir masa čestica na lijevoj strani jednadžbe reakcije mora biti veći od zbir masa proizvoda transformacije. Stoga, sa B.-r. energija se oslobađa. Energy B.-r. Eβ se može izračunati iz ove masene razlike koristeći relaciju E = mc2, Gdje sa - brzina svetlosti u vakuumu. U slučaju β raspada

Gdje M - mase neutralnih atoma. U slučaju β+ raspada, neutralni atom gubi jedan od elektrona u svojoj ljusci, energiju b.-r. je jednako:

Gdje ja - masa elektrona.

Energy B.-r. raspoređene između tri čestice: elektrona (ili pozitrona), antineutrina (ili neutrina) i jezgra; svaka od svjetlosnih čestica može odnijeti skoro svaku energiju od 0 do E β, tj. njihovi energetski spektri su kontinuirani. Samo tokom K-hvatanja neutrino uvijek nosi istu energiju.

Dakle, kod β - raspada, masa početnog atoma premašuje masu konačnog atoma, a kod β + raspada ovaj višak iznosi najmanje dvije mase elektrona.

Studija B.-r. Nukleusi su naučnicima više puta predstavljali neočekivane misterije. Nakon otkrića radioaktivnosti, fenomen B.-r. dugo se smatralo argumentom u korist prisustva elektrona u atomskim jezgrama; ispostavilo se da je ova pretpostavka u očiglednoj suprotnosti sa kvantnom mehanikom (vidi Atomsko jezgro). Zatim je nepostojanost energije elektrona emitovanih tokom B.-R. čak izazvala neverovanje nekih fizičara u zakon održanja energije, jer Bilo je poznato da u ovoj transformaciji učestvuju jezgra koja se nalaze u stanjima sa vrlo određenom energijom. Maksimalna energija elektrona koji izlaze iz jezgra je tačno jednaka razlici između energija početnog i konačnog jezgra. Ali u ovom slučaju nije bilo jasno gdje energija nestaje ako emitirani elektroni nose manje energije. Pretpostavka njemačkog naučnika W. Paulija o postojanju nove čestice - neutrina - spasila je ne samo zakon održanja energije, već i još jedan važan zakon fizike - zakon održanja ugaonog momenta. Pošto su spinovi (tj. unutrašnji momenti) neutrona i protona jednaki 1/2, da bi se očuvao spin na desnoj strani B.-r. jednačina. Može postojati samo neparan broj čestica sa spinom 1/2. Konkretno, tokom β - raspada slobodnog neutrona n → p + e - + ν, samo pojava antineutrina eliminiše kršenje zakona održanja ugaonog momenta.

B.-r. javlja se u elementima svih delova periodnog sistema. Tendencija ka β-transformaciji nastaje zbog prisustva viška neutrona ili protona u određenom broju izotopa u odnosu na količinu koja odgovara maksimalnoj stabilnosti. Dakle, sklonost ka β + -raspadu ili K-hvatanju je karakteristična za izotope sa nedostatkom neutrona, a sklonost ka β - -raspadu karakteristična je za izotope bogate neutronima. Poznato je oko 1500 β-radioaktivnih izotopa svih elemenata periodnog sistema, osim onih najtežih (Z ≥ 102).

Energy B.-r. trenutno poznati izotopi se kreću od

poluživoti su u širokom rasponu od 1,3 10 -2 sec(12 N) do Beta raspada 2 10 13 godina (prirodni radioaktivni izotop 180 W).

Naknadna studija B.-r. je više puta dovelo fizičare do kolapsa starih ideja. Utvrđeno je da je B.-r. kojim upravljaju sile potpuno nove prirode. Uprkos dugom periodu koji je prošao od otkrića B.-r., priroda interakcije koja određuje B.-r. nije u potpunosti proučena. Ova interakcija je nazvana „slabom“ jer 10 12 puta je slabiji od nuklearnog i 10 9 puta slabiji od elektromagnetnog (prevazilazi samo gravitacionu interakciju; vidi Slabe interakcije). Slaba interakcija je svojstvena svim elementarnim česticama (vidi Elementarne čestice) (osim fotona). Prošlo je skoro pola veka pre nego što su fizičari otkrili da je u B.-r. simetrija između “desnog” i “lijevog” može biti narušena. Ovo neočuvanje prostornog pariteta pripisano je svojstvima slabih interakcija.

Studija B.-r. imao još jednu važnu stranu. Životni vijek jezgra u odnosu na B.-r. a oblik spektra β-čestica zavise od stanja u kojima se originalni nukleon i nukleon produkta nalaze unutar jezgra. Stoga je proučavanje magnetne rezonancije, pored informacija o prirodi i svojstvima slabih interakcija, značajno proširilo razumijevanje strukture atomskih jezgara.

Vjerovatnoća B.-r. značajno zavisi od toga koliko su međusobno bliska stanja nukleona u početnom i konačnom jezgru. Ako se stanje nukleona ne promijeni (čini se da nukleon ostaje na istom mjestu), tada je vjerovatnoća maksimalna i odgovarajući prijelaz početnog stanja u konačno stanje se naziva dozvoljenim. Ovakvi prijelazi su karakteristični za B.-r. laka jezgra. Laka jezgra sadrže gotovo isti broj neutrona i protona. Teža jezgra imaju više neutrona nego protona. Stanja nukleona različitih tipova značajno se razlikuju jedno od drugog. To otežava B.-r.; pojavljuju se prijelazi u kojima B.-r. javlja sa malom verovatnoćom. Tranzicija je takođe komplikovana potrebom da se promeni spin jezgra. Takvi prijelazi se nazivaju zabranjenim. Priroda prijelaza također utiče na oblik energetskog spektra β-čestica.

Eksperimentalno istraživanje distribucije energije elektrona koje emituju β-radioaktivna jezgra (beta spektar) provedeno je pomoću Beta spektrometra. Primjeri β spektra su prikazani u pirinač. 1 I pirinač. 2 .

Lit.: Alfa, beta i gama spektroskopija, ur. K. Siegbana, trans. sa engleskog, V. 4, M., 1969, gl. 22-24; Eksperimentalna nuklearna fizika, ur. E. Segre, trans. sa engleskog, tom 3, M., 1961.

E. M. Leikin.

Neutronski beta spektar. Osa apscise pokazuje kinetičku. energija elektrona E in kev, na ordinati - broj elektrona N (E) u relativnim jedinicama (vertikalne crte označavaju granice greške mjerenja za elektrone sa datom energijom).

Velika sovjetska enciklopedija. - M.: Sovjetska enciklopedija. 1969-1978 .

Sinonimi:

Pogledajte šta je "Beta raspad" u drugim rječnicima:

Beta raspad, radioaktivne transformacije atomskih jezgara; u tom procesu jezgra emituju elektrone i antineutrine (beta raspad) ili pozitrone i neutrine (beta+ raspad). Polazak tokom B. r. elektroni i pozitroni se zajednički nazivaju. beta čestice. U… … Veliki enciklopedijski politehnički rječnik

Moderna enciklopedija

Beta raspad- (b raspad), vrsta radioaktivnosti u kojoj raspadnuto jezgro emituje elektrone ili pozitrone. U beta raspadu elektrona (b), neutron (intranuklearni ili slobodni) pretvara se u proton emisijom elektrona i antineutrina (vidi ... ... Ilustrovani enciklopedijski rječnik

Beta raspad- (β raspad) radioaktivne transformacije atomskih jezgara, tokom kojih jezgra emituju elektrone i antineutrine (β raspad) ili pozitrone i neutrine (β+ raspad). Polazak tokom B. r. elektroni i pozitroni se zajednički nazivaju beta čestice (β čestice)... Ruska enciklopedija zaštite rada

- (b raspad). spontane (spontane) transformacije neutrona n u proton p i protona u neutron unutar at. jezgra (kao i transformacija slobodnog neutrona u proton), praćena emisijom elektrona e ili pozitrona e+ i elektronskih antineutrina... ... Fizička enciklopedija

Spontane transformacije neutrona u proton i protona u neutron unutar atomskog jezgra, kao i transformacija slobodnog neutrona u proton, praćena emisijom elektrona ili pozitrona i neutrina ili antineutrina. dvostruki beta raspad...... Termini nuklearne energije

- (vidi beta) radioaktivna transformacija atomskog jezgra, u kojoj se emituju elektron i antineutrino ili pozitron i neutrino; Tokom beta raspada, električni naboj atomskog jezgra se mijenja za jedan, ali se maseni broj ne mijenja. Novi rečnik...... Rečnik stranih reči ruskog jezika

beta raspad- beta zraci, beta raspad, beta čestice. Prvi dio se izgovara [beta]... Rečnik teškoća izgovora i naglaska u savremenom ruskom jeziku

Imenica, broj sinonima: 1 raspad (28) ASIS rječnik sinonima. V.N. Trishin. 2013… Rečnik sinonima

Beta raspad, beta raspad... Pravopisni rječnik-priručnik

BETA DECAY- (ß raspad) radioaktivna transformacija atomskog jezgra (slaba interakcija), u kojoj se emituju elektron i antineutrino ili pozitron i neutrino; sa B. r. električni naboj atomskog jezgra se mijenja za jedan, masa (vidi) se ne mijenja... Velika politehnička enciklopedija

1win je jedna od popularnih kladionica koja nudi veliki izbor online sportskih klađenja. Na službenoj web stranici kladionice možete pronaći oko 20 sekcija raznih sportova.

Idi do ogledala

• Šta je 1win ogledalo

Trenutno se igrači klade koristeći ogledala 1 pobjeda. Ogledalo je vrsta duplikata glavne stranice, koja ima isto sučelje i funkcije osim imena domene.

Naziv domene se obično bira da bude sličan adresi glavne stranice. Ogledalo omogućava kladionici da smanji opterećenje na svom glavnom serveru distribucijom igrača, što pomaže da se osigura stabilno i neprekidno iskustvo igranja.

Osim toga, ako je glavna 1win stranica blokirana od strane provajdera ili regulatornih tijela, klijenti se mogu obratiti na ogledalo i mirno nastaviti s unosnim opkladama. Postoje slučajevi kada i glavna stranica i ogledala prestanu raditi, ali kladionica brzo rješava ovaj problem kreiranjem još 1-3 nove stranice. Dakle, ogledalo je web stranica potpuno slična glavnoj, koja je kreirana za rješavanje nekoliko problema odjednom.

• Zašto je 1win ogledalo blokirano?

Prema novom Federalnom zakonu Ruske Federacije, klađenje je zabranjena aktivnost, stoga sve kladioničarske kompanije moraju imati licencu za obavljanje relevantne djelatnosti. Ako kladionica nema takvu licencu, tada Roskomnadzor donosi odluku o blokiranju web lokacija.

Razlog zašto “1vin” ne žuri da dobije licencu od Ruske Federacije je zakonsko uvođenje obaveznog poreza na dohodak u vidu 13% svih profita, a ne samo sam kladioničar, već i njegovi klijenti. obavezan da plati porez.

Naravno, ovakve mere mogu izazvati odliv klijenata, jer niko ne želi da deli svoje pošteno zarađene dobitke, zbog čega kompanije pribegavaju kreiranju ogledala sajtova. Ali nepostojanje ruske licence ne znači da kladionica nema pravo da obavlja svoje aktivnosti; 1win ima stranu licencu koja osigurava sigurnost za klijente.

Da biste se registrovali na neko od ogledala, prvo morate na internetu pronaći jedan od trenutno relevantnih ogledala. Registracija je dostupna samo punoljetnim osobama. Registracija se sastoji od sljedećih koraka:

• potrebno je da pronađete i kliknete na polje “Registracija” u gornjem desnom uglu
• odaberite način registracije koji vam odgovara (u 1 klik, putem društvenih mreža, putem e-pošte)

Da biste se registrovali u 1 klik, samo odaberite svoju zemlju prebivališta i potvrdite da ste pročitali sve uslove. Da biste se registrirali na društvenim mrežama, morate odabrati odgovarajuću mrežu (Vkontakte, Odnoklassniki, Google) i potvrditi da ste pročitali ugovor. Da biste se registrovali koristeći email adresu, morate dati sljedeće podatke:

• Datum rođenja
• zemlja
• Broj mobitela
• E-mail adresa
• lozinka
• ponovi lozinku
• potvrdite da ste pročitali potrebne uslove

Nakon osnovne registracije, potrebno je proći proceduru identifikacije, nakon čega možete početi s dopunom računa za igru.

Jezgra većine atoma su prilično stabilne formacije.

Međutim, jezgra atoma radioaktivnih supstanci tokom procesa radioaktivnog raspada spontano se transformišu u jezgra atoma drugih supstanci. Dakle unutra 1903. otkrio Rutherford da se radij stavljen u posudu nakon nekog vremena pretvorio uradon. I dodatni helijum se pojavio u posudi.

Alfa raspad

Tokom alfa raspada emituje se alfa čestica (nukleus

atom helijuma). Od supstance sa brojem protona Z i neutrona N u atomskom jezgru, ona se pretvara u supstancu sa brojem protona Z-2 i brojem neutrona N-2, atomske mase A-4. To jest, rezultirajući element se pomjera dvije ćelije nazad u periodnom sistemu.

Alfa raspad je intranuklearni proces. Kao dio teškog jezgra, zbog složene kombinacije nuklearnih i elektrostatičkih sila, formira se nezavisna α-čestica, koju Kulonove sile istiskuju mnogo aktivnije od ostalih nukleona. Pod određenim uvjetima može savladati sile nuklearne interakcije i izletjeti iz jezgra.

Beta raspad

Tokom beta raspada emituje se elektron (β čestica). Kao rezultat raspada jednog neutrona na proton, elektron i antineutrino, sastav jezgra se povećava za jedan proton, a elektron i antineutrino se emituju prema van. odnosno
rezultirajući element je pomaknut za jednu ćeliju naprijed u periodnom sistemu.

Primjer β raspada:

Beta raspad je intranukleonski proces. Neutron prolazi kroz transformaciju. Postoji također beta plus raspad ili pozitron beta raspad. Kod raspada pozitrona, jezgro emituje pozitron i neutrino, a element se pomiče za jednu ćeliju u periodnom sistemu. Beta raspad pozitrona obično je praćen hvatanjem elektrona.

Gama raspad

Gama raspad je emisija gama kvanta od strane jezgara u pobuđenom stanju, u kojem imaju veću energiju u odnosu na neuzbuđeno stanje. Jezgra mogu doći u pobuđeno stanje tokom nuklearnih reakcija ili tokom radioaktivnosti

raspada drugih jezgara. Većina pobuđenih stanja jezgara ima veoma kratak životni vek - manje od nanosekunde.

Postoje raspadi sa emisijom neutrona, protona, radioaktivnosti klastera i neke druge, vrlo rijetke vrste raspada. Ali preovlađujuće vrste radioaktivnosti su alfa, beta i gama raspad.

Tablica raspadanja

Vrsta radioaktivnosti	Promjena nuklearnog naboja Z	Promjena masenog broja A	Priroda procesa
			Emisija alfa čestice - sistema dva protona i dva neutrona povezana zajedno
			Međusobne transformacije u jezgru neutrona () i protona ()
β–raspad
β+-raspad
Elektronsko snimanje (e – - ili K-hvatanje)			I – elektronski neutrino i antineutrino
Spontana fisija	Z – (1/2)A	A– (1/2)A	Fisija jezgra obično na dva fragmenta koji imaju približno jednake mase i naboje

Istorija proučavanja radioaktivnog zračenja.
E. Rutherford je otkrio dvije komponente ovog zračenja: jednu manje prodornu, tzv α- zračenje, i prodornije, tzv - zračenje. Treću komponentu uranijumskog zračenja, najprodorniju od svih, otkrio je kasnije, 1900. godine, Paul Willard i nazvao γ-zračenje po analogiji s Rutherfordovom serijom. Rutherford i njegovi saradnici su pokazali da je radioaktivnost povezana s raspadom

oma atoma (mnogo kasnije je postalo jasno da je riječ o raspadu atomskih jezgri), praćeno oslobađanjem određene vrste zračenja iz njih. Ovaj zaključak zadao je porazan udarac konceptu nedjeljivosti atoma koji je dominirao u fizici i hemiji.
U kasnijim Rutherfordovim studijama, pokazalo se da je α-zračenje fluks α čestice, koji nisu ništa drugo do jezgra izotop helijuma 4 He, A

β zračenje obuhvata elektrona I γ zračenje je struja visokofrekventne elektromagnetne struje quanta, koje emituju atomska jezgra tokom prelaska iz pobuđenog u niža stanja.
β-raspad jezgara. Teoriju ovog fenomena stvorio je tek 1933. Enrico Fermi, koji je koristio hipotezu Wolfganga Paulija o rađanju u beta raspadu neutralne čestice s masom mirovanja blizu nule i nazvane neutrino. Fermi je otkrio da je β-raspad posljedica novog tipa interakcije čestica u prirodi – „slabe“ interakcije i povezan je s procesima transformacije u matičnom jezgru neutrona u proton uz emisiju elektrona e- i antineutrina. (β - raspad), proton u neutron sa emisijom pozitrona e + i neutrina ν (β + -raspad), kao i sa hvatanjem atomskog elektrona protonom i emisijom neutrina ν (elektron hvatanje).
Četvrta vrsta radioaktivnosti, otkrivena u Rusiji 1940mladi fizičari G.N. Flerov i K.A. Pietrzak je povezan sa spontanom nuklearnom fisijom, tokom koje se neke prilično teške jezgre raspadaju na dva fragmenta približno jednakih masa.
Ali fisija nije iscrpila sve vrste radioaktivnih transformacija atomskih jezgara. Od 50-ih godina, fizičari su metodično pristupali otkriću protonske radioaktivnosti u jezgrima. Da bi jezgro u osnovnom stanju spontano emitovalo proton, potrebno je da energija odvajanja protona od jezgra bude pozitivna. Ali takva jezgra ne postoje u zemaljskim uslovima i morala su biti stvorena veštački. Ruski fizičari u Dubni bili su vrlo blizu dobijanja takvih jezgara, ali su protonsku radioaktivnost 1982. godine otkrili njemački fizičari u Darmstadtu, koji su koristili najmoćniji svjetski akcelerator višestruko nabijenih jona.
Konačno, 1984. godine nezavisne grupe naučnika u Engleskoj i Rusiji otkrile su radioaktivnost klastera nekih teških jezgara koje spontano emituju klastere - atomska jezgra sa atomskom težinom od 14 do 34.