Оглавление
- 1 Бета-распад
- 1.1 Бета-распад
- 1.2 История открытия
- 1.3 Нейтрино
- 1.4 Теория бета-распада Ферми
- 1.5 β+ распад и захват электронов
- 1.6 Несохранение четности
- 1.7 β− распад
- 1.8 β+ распад
- 1.9 Захват электронов
- 1.10 Ядерная трансмутация
- 1.11 Конкуренция типов бета-распада
- 1.12 Стабильность природных нуклидов
- 1.13 Правила сохранения бета-распада
- 1.14 Угловой момент и спиновые квантовые числа
- 1.15 Высвобождение энергии
- 1.16 β− распад
- 1.17 β+ распад
- 1.18 Захват электронов
- 1.19 Спектр бета-излучения
- 1.20 График Кюри
- 1.21 Спиральность частиц
- 1.22 Типы переходов бета-распада
- 1.23 Гамов-Теллеровский переход
- 1.24 Запрещенные переходы
- 1.25 Редкие режимы затухания
- 1.26 Дополнительные сведения
- 1.27 Полный текст статьи:
- 2 Бета-распад – Arc.Ask3.Ru
Бета-распад
-
Бета-распад
- Тип радиоактивного распада, при котором атомное ядро испускает бета-частицу (электрон или позитрон).
- Бета-распад превращает нейтрон в протон или протон в нейтрон, испуская антинейтрино или нейтрино соответственно.
- Бета-распад сохраняет лептонное число, что приводит к ядерной трансмутации.
-
История открытия
- Радиоактивность открыта в 1896 году Анри Беккерелем.
- В 1899 году Эрнест Резерфорд разделил радиоактивные выбросы на альфа- и бета-излучение.
- В 1900 году Поль Виллар выделил гамма-лучи.
- В 1913 году Содди и Фаянс предложили закон радиоактивного смещения.
-
Нейтрино
- Изучение бета-распада дало первые доказательства существования нейтрино.
- В 1911 году Лиза Мейтнер и Отто Хан измерили спектр бета-частиц, показав его непрерывность.
- В 1930 году Вольфганг Паули предположил существование нейтрино, что объяснило энергетическую загадку бета-частиц.
- В 1931 году Энрико Ферми переименовал нейтрон Паули в нейтрино.
-
Теория бета-распада Ферми
- Ферми применил принципы квантовой механики к бета-распаду, предположив, что нейтрино образуются в процессе бета-распада.
- Взаимодействие нейтрино с веществом было слабым, что затрудняло его обнаружение.
- Нейтрино были обнаружены в 1956 году Коуэном и Рейнсом.
-
β+ распад и захват электронов
- Жолио-Кюри обнаружили позитронное излучение в 1934 году.
- Теория захвата электронов была предложена Виком и развита Юкавой.
- Захват K-электронов был обнаружен Альваресом в 1937 году.
-
Несохранение четности
- Ли и Ян заметили, что четность при слабых взаимодействиях не сохраняется.
- Ву и коллеги подтвердили это в 1956 году, что опровергло давние предположения.
-
β− распад
- При β−распаде ядро превращается в ядро с увеличенным атомным номером, испуская электрон и антинейтрино.
- β−распад обычно происходит в ядрах, богатых нейтронами.
-
β+ распад
- При β+ распаде ядро превращается в ядро с уменьшенным атомным номером, испуская позитрон и нейтрино.
- β+ распад обычно происходит в богатых протонами ядрах.
-
Захват электронов
- Захват электронов происходит, когда ядро захватывает атомный электрон, испуская нейтрино.
- Захват электронов конкурирует с β+ распадом в богатых протонами ядрах.
-
Ядерная трансмутация
- Бета-распад не изменяет количество нуклонов, а изменяет заряд ядра.
- Для нечетных A существует одна бета-стабильная изобара, для четных A — до трех.
-
Конкуренция типов бета-распада
- Нестабильные нуклиды могут распадаться на изобары с четным количеством протонов и четных нейтронов.
- Пример: 6429Cu может распадаться на 6428Ni, 6430Zn или 6428Ni.
-
Стабильность природных нуклидов
- Большинство природных нуклидов бета-стабильны.
- Пример долгоживущего изотопа: 4019K с периодом полураспада 1,277×109 лет.
-
Правила сохранения бета-распада
- Барионное число сохраняется, меняется только изоспин.
- Лептонное число сохраняется, всем лептонам присвоено значение +1, антилептонам -1.
-
Угловой момент и спиновые квантовые числа
- Для допустимых распадов суммарный орбитальный момент импульса равен нулю.
- Электрон и антинейтрино могут объединяться в общую S = 1 или S = 0.
- Для запрещенных распадов учитывается орбитальный момент импульса.
-
Высвобождение энергии
- Величина Q определяется как общая энергия, выделяющаяся при распаде.
- Q включает кинетические энергии испущенных частиц и отскакивающего ядра.
- Типичная Q составляет около 1 МэВ.
-
β− распад
- Q = [m(XZA) – m(XZA+1A’)]c2.
- Реакция возможна при положительном значении Q.
- β− распад происходит, когда масса атома AZX больше массы атома AZ+1X’.
-
β+ распад
- Q = [m(XZA) – m(XZA-1A’)]c2 – 2mec2.
- β+ распад происходит, когда масса атома AZX превышает массу атома AZ-1X’ как минимум в два раза по сравнению с массой электрона.
-
Захват электронов
- Q = [m(XZA) + mec2 – m(XZA-1A’)]c2 – Bn.
- Захват электронов возможен для ядер, которые могут подвергаться β+ распаду.
-
Спектр бета-излучения
- Бета-распад можно рассматривать как возмущение в квантовой механике.
- Спектр кинетической энергии N(T) излучаемых бета-излучений: N(T) = CL(T)F(Z,T)pE(Q-T)2.
- Функция Ферми объясняет кулоновское притяжение/отталкивание между бета-излучением и ядром.
-
График Кюри
- График Кюри используется для изучения бета-распада.
- Точка пересечения энергетической оси графика Кюри соответствует максимальной энергии, передаваемой электрону/позитрону.
- График Кюри помогает найти предел эффективной массы нейтрино.
-
Спиральность частиц
- Электроны испускаются с отрицательной спиральностью.
- Позитроны испускаются с положительной спиральностью.
- Нейтрино и антинейтрино имеют противоположную спиральность.
-
Типы переходов бета-распада
- Бета-распады классифицируются по угловому моменту и полному спину испускаемого излучения.
- Переходы Ферми и Гамова-Теллера являются основными типами переходов.
- Разрешенные переходы имеют L = 0, запрещенные переходы имеют L ≠ 0.
-
Гамов-Теллеровский переход
- Бета-распад с изменением углового момента ΔJ = 0, ±1
- Оператор OGT = GA∑aσ^aτ^a±
- G_A — константа слабой аксиально-векторной связи
- σ — спиновые матрицы Паули
-
Запрещенные переходы
- L > 0, распад запрещен
- ΔJ = L − 1, L, L + 1; Δπ = (−1)L
- Сверхдозволенный переход между изобарическими аналоговыми состояниями
-
Редкие режимы затухания
- Β−распад в связанном состоянии: электроны не покидают атом
- Примеры: 163Dy66+, 205Tl81+, 187Re75+
- Двойной бета-распад: изменение заряда ядра на две единицы
- Период полураспада ββ-распада трудно измерить
- Обычный двойной бета-распад: испускание двух электронов и двух антинейтрино
- Двойной бета-распад без нейтрино: майорановские нейтрино
-
Дополнительные сведения
- Распространенные бета-излучатели
- Нейтрино
- Бета-вольтаика
- Излучение частиц
- Радионуклид
- Тритиевое освещение
- Эффект столпотворения
- Спектроскопия полного поглощения