Бэта-распад
Бэта-распад (β-распад) — тып радыеактыўнага распаду, абумоўлены слабым узаемадзеяннем. Ён змяняе зарад ядра на адзінку без змены масавага ліку. Пры гэтым ядро выпраменьвае бэта-часціцу (электрон або пазітрон), а таксама нейтральную фундаментальную часціцу з паўцэлым спінам (электроннае антынейтрына або электроннае нейтрына, адпаведна). Калі распад адбываецца з выпусканнем электрона і антынейтрына ён называецца «бэта-мінус-распадам» (β-). У выпадку распаду з выпусканнем пазітрона і нейтрына — «бэта-плюс-распадам» (β+). Акрамя β- і β+-распадаў, да бэта-распада адносяць таксама электронны захват, калі ядро захоплівае атамны электрон і выпускае электроннае нейтрына. Нейтрына (антынейтрына), у адрозненне ад электронаў і пазітронаў, вельмі слаба ўзаемадзейнічае з рэчывам і пакідае кропку распаду, выносячы з сабой частку энергіі, што вылучылася пры распадзе.
Механізм распада
У β–распадзе слабае ўзаемадзеянне ператварае нейтрон ў пратон, пры гэтым выпускаюцца электрон і электроннае антынейтрына:
n
0
→
p
e
−
ν ¯
e
.
{\displaystyle n^{0}\rightarrow p^{+}+e^{-}+{\bar {\nu }}_{e}.}
Свабодны нейтрон таксама адчувае β−-распад (гл. Бэта-распад нейтрона). Гэта абумоўлена тым, што маса нейтрона больш, чым сумарная маса пратона, электрона і антынейтрына. Звязаны ў ядры нейтрон можа распадацца па гэтым канале толькі ў тым выпадку, калі маса мацярынскага атама Mi больш масы даччынага атама Mf (ці, наогул кажучы, калі поўная энергія пачатковага стану менш поўнай энергіі любога магчымага канчатковага стану)[1]. Рознасць (Mi − Mf)·*c*2 = Qβ называецца даступнай энергіяй бэта-распаду. Яна супадае з сумарнай кінетычнай энергіяй часціц, якія рухаюцца пасля распаду — электрона, антынейтрына і даччынага ядра (так званага ядра аддачы, чыя доля ў агульным балансе кінетычнай энергіі вельмі малая, паколькі яно значна масіўней дзвюх іншых часціц). Калі не ўлічваць уклад ядра аддачы, то даступная энергія, якая вылучылася пры бэта-распадзе, размяркоўваецца ў выглядзе кінетычнай энергіі паміж электронам і антынейтрына, прычым гэта размеркаванне неперарыўнае: кожная з дзвюх часціц можа мець кінетычную энергію, якая ляжыць у межах ад 0 да Qβ. Закон захавання энергіі дазваляе β−-распад толькі пры неадмоўным Qβ.
Даччыны атам пры β−-распадзе звычайна ўзнікае ў выглядзе аднакратна зараджанага дадатнага іона, бо ядро павялічвае свой зарад на адзінку, а колькасць электронаў у абалонцы застаецца ранейшай. Устойлівы стан электроннай абалонкі такога іона можа адрознівацца ад стану абалонкі мацярынскага атама, таму пасля распаду адбываецца перабудова электроннай абалонкі. Акрамя таго, магчымы бэта-распад у звязаны стан, калі электрон з нізкай энергіяй, які вылецеў з ядра, захопліваецца на адну з арбіталей абалонкі; у гэтым выпадку даччыны атам застаецца нейтральным.
У β+-распадзе пратон ў ядры ператвараецца ў нейтрон, пазітрон і нейтрына:
p
→
n
0
e
ν
e
.
{\displaystyle p^{+}\rightarrow n^{0}+e^{+}+{\nu }_{e}.}
Пры пазітронеым распадзе даччыны атам ўзнікае ў выглядзе адмоўнага адназарадная іона, паколькі зарад ядра памяншаецца на адзінку. Адзін з магчымых каналаў пазітронаў распаду — анігіляцыя пазітрона, які з’явіўся, з адным з электронаў абалонкі.
Ва ўсіх выпадках, калі β+-распад энергетычна магчымы (і пратон з’яўляецца часткай ядра, якое нясе электронныя абалонкі альбо знаходзіцца ў плазме са свабоднымі электронамі), ён суправаджаецца канкуруючым працэсам электроннага захвату, пры якім электрон атама захопліваецца ядром з выпусканнем нейтрына:
p
e
−
→
n
0
ν
e
.
{\displaystyle p^{+}+e^{-}\rightarrow n^{0}+{\nu }_{e}.}
Калі пратон і нейтрон з’яўляюцца часткамі атамнага ядра, працэсы бэта-распаду ператвараюць адзін хімічны элемент у іншы, суседні па табліцы Мендзялеева. Напрыклад:
1
55
37
C s
→
1
56
37
B a
e
−
ν ¯
e
{\displaystyle \mathrm {{}^{1}{}_{55}^{37}Cs} \rightarrow \mathrm {{}^{1}{}_{56}^{37}Ba} +e^{-}+{\bar {\nu }}_{e}}
β
−
{\displaystyle \beta ^{-}}
11
22
N a
→
10
22
N e
e
ν
e
{\displaystyle \mathrm {~_{11}^{22}Na} \rightarrow \mathrm {~_{10}^{22}Ne} +e^{+}+{\nu }_{e}}
β
{\displaystyle \beta ^{+}}
11
22
N a
e
−
→
10
22
N e
ν
e
{\displaystyle \mathrm {~_{11}^{22}Na} +e^{-}\rightarrow \mathrm {~_{10}^{22}Ne} +{\nu }_{e}}
Бэта-распад можна разглядаць як пераход паміж двума квантавамеханічнымі станамі, абумоўлены ўзбурэннем, таму ён падпарадкоўваецца залатому правілу Фермі[ru].
Графік Кюры
Графік Кюры (вядомы таксама як графік Фермі) — дыяграма, якая выкарыстоўваецца для вывучэння бэта-распаду. Гэта энергетычная залежнасць квадратнага кораня з колькасці выпрамененых бэта-часціц з дадзенай энергіяй, дзялення на функцыю Фермі. Для дазволеных (і некаторых забароненых) бэта-распадаў графік Кюры лінейны (прамая лінія, нахіленая ў бок росту энергіі). Калі нейтрына маюць канчатковую масу, то графік Кюры паблізу пункту перасячэння з воссю энергіі асобай лінейны, дзякуючы чаму з’яўляецца магчымасць вымераць масу нейтрына.
Двайны бэта-распад
Асноўны артыкул: Двайны бэта-распад Некаторыя ядра могуць адчуваць двайны бэта-распад (ββ-распад), пры якім зарад ядра мяняецца не на адну, а на дзве адзінкі. У самых практычна цікавых выпадках такія ядра бэта-стабільныя (г.зн. просты бэта-распад энергетычна забаронены), паколькі калі β- і ββ-распаду абодва дазволеныя, імавернасць β-распаду (звычайна) нашмат больш, замінаючы даследаванням вельмі рэдкіх ββ-распадаў. Такім чынам, ββ-распад звычайна вывучаецца толькі для бэта-стабільных ядраў. Як і просты бэта-распад, двайны бэта-распад не мяняе A; такім чынам, як мінімум адзін з нуклідаў з дадзеным A павінен быць стабільным ў адносінах як да простага, так і да падвойнага бэта-распаду.
Гл. таксама
- Бэта-распад нейтрона
- Двайны бэта-распад
- Зваротны бэта-распад
- Нейтрына
- Пазітронны распад
- Электронны захват
- Радыеактыўны ізатоп
Зноскі
- ↑ Напрыклад, дэйтэрый, ядро якога складаецца з пратона і нейтрона, бэта-стабільны; нейтрон ў ім не можа самаадвольна распасціся у пратон + электрон + антынейтрына, паколькі энергія любых магчымых канчатковых станаў больш энергіі атама дэйтэрыя, які знаходзіцца ў стане пакою.
Катэгорыя·Радыеактыўнасць