Ved disintegrering opprettes beta. Alfa-beta- og gamma-forfall. Hovedtyper av radioaktive forbindelser

Beta-forfall blir mulig når erstatning av et nøytron med et proton i atomkjernen (eller for eksempel et proton med et nøytron) er energisk synlig og den nye kjernen som kommer frem har mindre masse, så bindingsenergien er høy. Overskuddsenergi fordeles mellom reaksjonsproduktene.

Det er tre typer beta-forfall:

1. Et av nøytronene (n) i kjernen forvandles til et proton (p). Som kombinerer elektronet (e-) og antinøytrinoet (ṽ e) (div. nøytrino, antimaterie). Tse - β-forfall.

A(Z,N) → A(Z+1,N-1) + e - + ṽ e

(n → р + e - + ṽ e),

hvor A(Z,N) er verdien av kjernen med antall protoner Z og nøytroner N. Ladningen til kjernen øker med 1. Den enkleste formen Av alle typer er β - henfall nedfallet av et nøytron, som er viktig for protonet og derfor er ustabilt.

2. Et proton som kommer inn i kjernen desintegrerer til et nøytron (N), et positron (e+) og et nøytrino (v e). Tse - β+ forfall.

A(Z,N) → A(Z-1,N+1) + e + + v e

(p → рn + e + + v e).

Kjerneladingen endres til 1. Prosessen kan startes ved kjernen; Et fritt proton forfaller ikke på denne måten.

3. Finn ut at en kjerne kan ta det nærmeste atomelektronet (elektronhamstring) og forvandle seg til en annen kjerne med 1 mindre ladning:

A(Z,N) + e → A(Z-1,N+1) + v e

(p + e - → n + v e).

β-delen påvirkes ikke av dette.

Da fysikere begynte å studere β-forfall, var ingenting kjent om dannelsen av nøytrinoer (v e eller ṽ e), som har en stor penetrerende effekt.

Mysteriet som eksperimenterer har møtt er det intense energispekteret av elektroner som frigjøres under p-forfall. I denne prosessen mottar en del av datterkjernen en ubrukelig del av energien som genereres. Alt går til elektronet, og derfor har alle β-partiklene lite energi E 0 . Og inntil nå dukket følgende bilde opp: elektroner av enhver energi ble frigjort, opp til maksimalt mulig - E0.

Fysikere antok at det var feil: deler kaster bort energien når de passerer gjennom materialet deres. For å bekrefte denne hypotesen, utførte en rekke grupper av eksperimentatorer kalorimetriske spor. Stinkene ble skapt på denne måten: det radioaktive stoffet ble plassert i et kalorimeter med vegger så tykke at β-partiklene i dem ble fullstendig begravd. Dette gjorde det mulig å undertrykke all energien som kan sees i sangtimen.

Så regnet vi ut energien som faller på én β-partikkel. Eksperimentørene innså at den var nær E 0 og justerte deretter verdien til å være omtrent 2 ganger mindre.

Fremveksten av den sveitsiske teoretiske fysikeren W. Pauli fra å bli vitenskapsmann. Vi oppdaget at under β-forfall går en del tapt, som kan ha en uforlignelig større penetrerende effekt enn elektroner. De kan ikke berøre veggene på kalorimeteret, og de tar med seg noe av energien. Slik ble fenomenet om nøytrinoer født.

Teorien om β-forfall ble opprettet i 1934. Den italienske fysikeren E. Fermi. Hennes lære antar at elektroner og nøytrinoer dannes i øyeblikket av forfall av nukleonet inn i kjernen. Han introduserte teorien om konstanten G, som spilte samme rolle for β-forfall som ladningen for elektromagnetiske prosesser, og beregnet verdien på grunnlag av eksperimentelle data. Fermis teori gjorde det mulig å analysere formen til p-spektra og relatere grenseforfallsenergien E0 til levetimen til den radioaktive kjernen. Nøytrinoer i denne teorien har en liten ladning, lik null, og null masse (la oss si, m v ~< m e).

Etter hvert som årene gikk, ble teorien tvunget til å bli modifisert, supplert og komplisert, da det ble klart at det var for enkelt å beskrive alle tilgjengelige data. Et tiår har gått, og fysikere har endret mening, slik at alle i økende grad er basert på Milks eksperimenter, og måten Fermis funn er riktig. Det er laget en teori om en enkelt svak og elektromagnetisk interaksjon, inkludert en som er nær hverandre (inndelinger: Paritet, Neutrinoer, Svake interaksjoner).

La oss se på noen data om beta-forfall av kjerner.

Den begrensende energien til β-partikler (E 0) varierer fra flere Kev til -17 MeV.

Levetiden til kjerner basert på β-forfall er fra 1,3x10 -2 til ~2x10 13 år.

Avstanden til β-partikler i lette elver er noen få centimeter. De bruker energien sin på ionisering og oppvåkning av atomer.

Med forbehold om art radioaktive vibrasjoner Det finnes flere typer radioaktivt forfall (typer av radioaktive reaksjoner). Grunnstoffer som inneholder mange protoner og nøytroner i kjernene deres gjennomgår radioaktiv transformasjon. La oss ta en titt på radioaktivt forfall.

1. Alpha Decay egenskaper til naturlige radioaktive grunnstoffer med høyt atomnummer (det vil si med lave bindingsenergier). Det er omtrent 160 alfa-aktive typer kjerner, de fleste av dem med serienummer over 82 (Z > 82). Alfa-forfall er ledsaget av forplantning fra kjernen til et ustabilt element av en alfapartikkel, som er kjernen til et helium He-atom (som har 2 protoner og 2 nøytroner). Kjerneladningen endres med 2, massetallet endres med 4.

ZAX → Z-2 A-4 U + 2 4He; 92238U →24 He + 90234Th;

88 226Ra→2 4He + 86 222Ra + γ utsendt.

Alfa-forfall forekommer i omtrent 10 % av radioaktive isotoper.

2. Beta-forfall. En rekke naturlige og kunstige radioaktive isotoper viser forfall på grunn av produksjon av elektroner eller positroner:

a) Elektronisk beta-forfall. karakteristisk for både naturlige og unike radionuklider, som inneholder overskudd av nøytroner (hovedsakelig for viktige radioaktive isotoper). Elektronisk beta-forfall forekommer i omtrent 46 % av alle radioaktive isotoper. I dette tilfellet forvandles en av nøytronene til , og kjernen sender ut en antinøytrino. Ladningen til kjernen og grunnstoffets atomnummer øker med én, og massetallet går tapt uten endring.

AZ X → AZ+1 Y + e- + v-; 24194Pu→24195Am + e- + v-; 6429Cu → 6430Zn + e- + v-; 4019K → 4020Ca + e- + v-.

Når β-partikler produseres, kan atomkjerner bli agitert hvis det er overskudd av energi i datterkjernen som ikke er lagret av korpuskulære partikler. Denne overskuddsenergien detekteres som gammakvanter.

13785Cs → 13756 + e - + v - + y-emisjon;

b) positronisk beta-forfall. Vær forsiktig med visse radioaktive isotoper som inneholder kjerner av overflødige protoner. Vin inneholder 11 % av radioaktive isotoper, som er i første halvdel av D.I. Mendeleevs tabell (Z<45). При позитронном бета-распаде один из протонов превращается в , заряд ядра и соответственно атомный номер уменьшается на единицу, а массовое число остается без изменений. Ядро испускает позитрон и нейтрино.

AZX → AZ-1У + e+ + v+; 3015P → 3014Si + e+ + v+; 6428Ni + e+ + v+.

Et positron, som har fløyet fra kjernen, rømmer fra skallene til atomet "zavy" eller samhandler med et fritt elektron, og skaper et par "positron-elektron", som omdannes til to gamma-kvanter med energi tilsvarende massen av partikler (e i f). Prosessen med reversering av "positron-elektron"-paret i to gamma-kvanter kalles anihilering (utarming), og den elektromagnetiske forstyrrelsen, som resulterer, kalles anihilering. En gang i blant forvandles en form for materie (talepartikler) til en annen - gammafotoner;

c) elektronisk lagring. Dette er en type radioaktiv transformasjon når kjernen til et atom begraver et elektron fra energi-K-elven nærmest kjernen (elektronisk K-graving) eller minst 100 ganger - fra L-nivået. Som et resultat blir en av protonene i kjernen nøytralisert av et elektron, og transformeres til . Serienummeret til den nye kjernen blir én mindre, men massetallet endres ikke. Kjernen vibrerer antinøytrinoer. Dette stedet, etter å ha okkupert enten L-planet av hamstringer, vil bli fylt med elektroner fra fjernere kjerner av energiplan. Overskuddsenergien som genereres ved en slik overgang frigjøres av atomet i en karakteristisk røntgeneffekt.

AZХ + e- → AZ-1 U + v- + røntgenvibrasjon;

4019K + e- → Ar + v-+ røntgenvibrasjon;

6429Сu + e- → 6428 Ni + v- + røntgenvibrasjon.

p align="justify">Elektronisk K-akkumulering er karakteristisk for 25 % av alle radioaktive kjerner, men hovedsakelig for individuelle radioaktive isotoper, oppført i den andre halvdelen av tabellen D.I. Mendelev og overskytende protoner (Z = 45 - 105). Bare tre naturlige elementer er kjent for å være begravet: kalium-40, lantan-139, lutetium-176 (4019K, 15957La, 17671Lu).

Disse kjernene kan desintegreres på to eller tre måter: ved alfa- og beta-nedbrytning og K-begravelse.

Kalium-40 er som nevnt utsatt for elektronnedbrytning - 88 %, og K-fangst - 12 %. Kobber-64 (6428Сu) forvandles til nikkel (positronforfall - 19%, K-belastning - 42%; (elektronisk forfall - 39%).

3. Den frigjorte γ-viprominensen er ikke en form for radioaktivt forfall (som ikke involverer transformasjon av grunnstoffer), men er en strøm av elektromagnetiske stoffer som oppstår under alfa- og beta-nedbrytningen av atomkjerner (både naturlige og gjenstander) av radioaktive isotoper), hvis det i datterkjernen er et overskudd av energi som ikke akkumuleres av korpuskulære vibrasjoner (alfa- og beta-partikler). Dette overflødige lyset fremstår som gammakvanter.

13153I → 13154Xe + e-+v-+2y kvante; 22688Ra → 42He + 22286Rn + y kvante.

4. - Frigjøring av et proton fra kjernen i hovedstadiet. Denne prosessen kan forhindres i individuelt fjernede kjerner på grunn av stor nøytronmangel:

lutetium - 151 (15171Lu) - denne har 24 nøytroner mindre, lavere enn den stabile isotopen 17671Lu.

Kjernene til de fleste atomer er i stand til stabil skapelse. Under prosessen med radioaktivt forfall blir imidlertid kjernene til atomer av radioaktive stoffer spontant omdannet til kjernene til atomer av andre stoffer. I 1903 oppdaget Rutherford at radiumet i fartøyet ble til radon i løpet av ti timer. Og ytterligere helium dukket opp i fartøyet: (88 226) Ra → (86 222) Rn + (2 4) He. For å forstå betydningen av det som ble skrevet, les emnet om massen og ladningsnummeret til kjernen til et atom.

Det er fastslått at hovedtypene av radioaktivt forfall: alfa- og beta-forfall er identifisert i henhold til følgende regel:

Alfa-forfall

Under alfa-forfall-delen (kjernen til et heliumatom) vibrerer. Fra antall protoner Z og antall nøytroner N i atomkjernen, blir von konvertert til en tale fra antall protoner Z-2 og antall nøytroner N-2 og tilsynelatende atommassen A-4 : (Z^A)X→(Z-2^ (A-4)) Y + (2^4) He. Så er det en forskyvning av elementet, når det er etablert, to skritt tilbake i det periodiske systemet.

Butt α-break:(92^238)U→(90^234)Th+(2^4)He.

Alfaforfall - tse intranukleær prosess. I kjernen av en viktig kjerne, bak det foldede bildet av kombinasjonen av kjernefysiske og elektrostatiske krefter, etableres en uavhengig α-partikkel, som kombineres med Coulomb-krefter mer aktivt for andre nukleoner. For syngende sinn kan du overvinne kreftene til kjernefysisk interaksjon og fly bort fra kjernen.

Beta-forfall

Under beta-forfall Elektronet (β-delen) går tapt. Som et resultat av nedbrytningen av ett nøytron til et proton, et elektron og en antinøytrino, øker kjernefysisk lagring med ett proton, og elektronet og antinøytrino øker med: (Z^A)X→(Z+1^A)Y+ (-1^0)e+(0 ^0)v. Tilsynelatende er elementet, når det er fjernet, forskjøvet i det periodiske systemet en enhet fremover.

Butt av β-forfall:(19^40)K→(20^40)Ca+(-1^0)e+(0^0)v.

Beta-forfall - tse intern skjevhetsprosess. Transformasjonen betyr nøytronet. Jeg sover på samme måte beta-pluss-forfall eller positronisk beta-forfall. Ved positronforfall frigjør kjernen et positron og et nøytrino, og grunnstoffet beveger seg ett skritt tilbake på det periodiske system. Positronisk beta-forfall er ofte ledsaget av elektronfangster.

Gamma forfall

Kremen av alfa- og beta-forfall påvirker også gamma-forfall. Gamma-forfall er produksjon av gamma-kvanter av kjerner i oppvåket tilstand, som forårsaker mye energi i uoppvåket tilstand. Kjerner kan dukke opp fra kjernefysiske reaksjoner eller radioaktivt henfall av andre kjerner. De fleste av kjernenes våkne tilstander truer i nesten en ikke-triviell time av livet - mindre enn et nanosekund.

Det er også henfall som involverer nøytroner, protoner, klyngeradioaktivitet og andre til og med sjeldne typer forfall. Ale råder

Du vet, Hvorfor konseptet "fysisk vakuum"?

Fysisk vakuum - begrepet relativistisk kvantefysikk, der vi forstår den nedre (grunnleggende) energitilstanden til kvantefeltet, som har null momentum, vinkelmomentum og andre kvantetall. Relativistiske teoretikere kaller et fysisk vakuum for et helt tomt rom, fylt med et usynlig, eller til og med åpenbart, felt. En slik situasjon, etter relativistenes mening, betyr ikke absolutt tomhet, men snarere å fylles med noen fantompartikler (virtuelle). Den relativistiske kvantefeltteorien bekrefter at, basert på Heisenbergs prinsipp om ikke-signifikans, i det fysiske vakuumet blir det gradvis befolket og virtuelle deler skapt, så de delene som skapes (til hvem er de skapt?): den s.k. null ovі dyrking av åkre. De virtuelle delene av det fysiske vakuumet, og derfor, for deres egen skyld, vasker ikke systemene i bakgrunnen, slik at i et annet tilfelle ville Einsteins fluiditetsprinsipp bli ødelagt, som teorien om fluiditet er basert på (dette ville blitt mulig absolutt system for vibrering med et stort antall partikler av fysisk vakuum, som etter min mening, gyldighetsprinsippet, som SRT var inspirert av, definitivt ville mangle). Dermed er det fysiske vakuumet og dets partikler ikke elementer av fysisk lys, annet enn elementer av gyldighetsteorien, som ikke eksisterer i den virkelige verden, og bare i relativistiske formler, som bryter med prinsippet om kausalitet (de har skylden vet dette), objektivitetsprinsippet (Virtuelle deler kan tas alvorlig i betraktning av den store teoretikeren, enten ekte eller ikke), prinsippet om faktisk eksistens (ikke vær forsiktig, ikke skjul din ISO).

Hvis noen annen fysiker bruker begrepet "fysisk vakuum", forstår han enten ikke absurditeten i dette begrepet, men er uoppriktig, enten en tilhenger eller en åpenbar tilhenger av relativistisk ideologi.

Forstå absurditeten i dette konseptet så lett som mulig ved å gå til det ytterste av skyldfølelsen. Den ble skapt av Paul Dirac på 1930-tallet, da det ble klart at det ikke lenger var mulig å låse eteren i ren form, som en stor matematiker, men en gjennomsnittlig fysiker. Det er for mange fakta å si om dette.

For å beskytte relativisme, introduserte Paul Dirac et afysisk og ulogisk konsept om negativ energi, og deretter opprettelsen av et "hav" av to kompenserende energier i vakuumet - positive og negative, samt et "hav" av partikler som kompenserer en for hverandre - i virtuelle (for å gjøre seg klar) elektroner og positroner i vakuum.

Akkumuleringen av viktige ioner avslører nye evner i de implanterte bærene til eksotiske kjerner. Imidlertid tillates lukten å samle seg og i løpet av tre timer vikorisere overflaten til de ioniserte atomene - de "nakne" kjernene. Som et resultat blir det mulig å spore kraften til atomkjerner, som mangler elektronutarming og hvor den daglige Coulomb-infusjonen av det ytre elektronskallet med atomkjernen.

Liten 3.2 Skjema for e-begravelse i isotoper (venstrehendt) og overflateioniserte atomer (høyrehendt)

Sammenbruddet av forbindelsen mellom atomet og begynnelsen av fenomenene i 1992. Forhindre β-forfall av overflaten til det ioniserte atomet i en bundet atomstasjon. 163 Dy-kjernen er vist i svart på N-Z-diagrammet for atomkjerner. Dette betyr at den har en stabil kjerne. Når man går inn i lageret til et nøytralt atom, er 163 Dy-kjernen mer stabil. Yogo hovedleir (5/2+) kan befolkes som et resultat av e-begravelse fra hovedleiren (7/2+) kjerne 163 Ho. 163 Ho-kjernen, skjerpet av et elektronskall, er radioaktiv og i løpet av denne perioden blir den gradvis til ~10 4 bergarter. Dette er imidlertid sant hvis du kan se kjernen i det skjerpede elektronskallet. For offentlig ioniserte atomer er bildet helt annerledes. Nå dukker hovedstadiet til 163 Dy-kjernen opp bak energien over hovedstadiet til 163 Ho-kjernen og potensialet for desintegrasjon av 163 Dy vises (fig. 3.2)

Elektronet som dannes som følge av forfall kan havne i det ledige K- eller L-skallet til ionet. Som et resultat ser utvidelse (3.8) ut

→ + e - + e (i forbindelse med situasjonen).

Energiene til β-forfall i K- og L-skallene i regionen er (50,3±1) keV og (1,7±1) keV. For å forhindre oppløsning i krysset mellom K- og L-skallene, ble 108 overflateioniserte kjerner akkumulert i ESR-lagringsringen i GSI. I løpet av en times akkumulering ble kjernene oppløst som følge av β+-forfall (fig. 3.3).

Liten 3.3. Dynamikk for ioneakkumulering: a - strøm akkumulert ved ESR-lagringsringen av Dy 66+ ioner under forskjellige stadier av eksperimentet;

Siden Ho 66+-ionene er praktisk talt de samme M/q som ionene til den primære Dy 66+-strålen, akkumuleres de i samme bane. Akkumuleringstimen ble ~ 30 minutter. For å undertrykke nedbrytningsperioden for Dy 66+-kjernen og akkumuleringer i bane, måtte strålen renses fra hjemmet til Ho 66+-ioner. For å rense ionestrålen ble en argongassstrøm med en tetthet på 6·10 12 atomer/cm 2 og en diameter på 3 mm injisert inn i kammeret, som flyttet den akkumulerte ionestrålen i vertikal retning. På grunn av det faktum at Ho66+-ionene kvalt elektroner, kom stinkene fra lik bane. Strålen ble renset i omtrent 500 s. Deretter ble gasstrømmen avbrutt og Dy 66+-ionene fortsatte å sirkulere i ringene og reetablerte seg (etter at gasstrømmen ble våt) som et resultat av desintegreringen av Ho 66+-ionene. Alvorlighetsgraden av dette stadiet varierte fra 10 til 85 minutter. Påvisning og identifisering av Ho 66+ var basert på at Ho 66+ kan ioniseres enda sterkere. For dette formål, i det siste trinnet, ble gassstrålen igjen injisert inn i akkumulatorringen. Det gjenværende elektronet fra 163 Ho 66+-ionet ble strippet, noe som resulterte i 163 Ho 67+-ionet. Ved hjelp av en gassstråle ble det satt ut en posisjonssensitiv detektor som registrerte ionene som vibrerte fra 163 Ho 67+ strålen. I fig. Figur 3.4 viser akkumulering av tall som etableres som et resultat av β-forfall av 163 kjerner på akkumuleringstidspunktet. Innsatsen viser den romslige separate bygningen til den posisjonsfølsomme detektoren.
Dermed ble akkumuleringen av 163 Ho-kjerner i 163 Dy-strålen bevis på muligheten for forfall.

→ + e - + e (i forbindelse med situasjonen).

Liten 3.4. Progresjonen av datterioner 163 Ho 66+ til primærionene 163 Dy 66+ avhenger av tidspunktet for akkumulering. På tidspunktet for topp 163 Ho 67+ registreringer med intern detektor

Ved å variere timeintervallet mellom rengjøring av strålen fra Ho 66+-huset og timen for registrering av huset av Ho 66+-ioner som kommer inn i strålen igjen, kan du observere perioden med rask nedgang i overflaten til de ioniserte ion.zotop Dy 66+. Det viste seg å være lik ~0,1 skjebne.
Det er en lignende spredning av forekomster for 187 Re 75+. Dette resultatet er veldig viktig for astrofysikk. Til høyre er det at de nøytrale atomene til 187 Re har en periode på 4·10 10 år og vinner som et radioaktivt år. Perioden med rask nedgang 187 Re 75+ blir mindre enn 33±2 bergarter. Derfor, under astrofysiske forhold er det nødvendig å gjøre forskjellige korreksjoner, fordi i øynene til 187 Re finnes oftest i ionisert tilstand.
Studiet av kreftene til overflateioniserte atomer åpner en ny retning for undersøkelsen av de eksotiske kreftene til kjerner, og reduserer den Coulombianske tilstrømningen av det eksterne elektronskallet.