Правила зміщення, особливості спектрів при радіоактивному розпаді

Оскільки при із вихідного (материнського) ядра вилітає ядро гелія тобто частинка з зарядовим числом 2 і масовим числом 4, то нове утворене дочірнє ядро буде мати зарядове число на дві одиниці менше і масове число на чотири одиниці менше, ніж у вихідного ядра. Позначивши материнське (вихідне) ядро символом X, а до­чірнє (утворене) - символом Х, запишемо процес α-розпаду у вигляді такої схеми:

(8.16)

Зарядове число визначає місце (номер) елемента в періодичній системі Менделєєва, тому із схеми (8.16) виходить, що в результаті утворюється ядро елемента, який стоїть в періодичній системі Менделєєва на два місці раніше, ніж вихідне ядро.

При із ядра вихідного елемента вилітає електрон або позитрон. Маса електрона у 1836 разів менша маси атома водню, тому масове число електрона приймають рівним нулю. Заряд електрона чисельно дорівнює заряду протона, але цей заряд від'ємний. Тому зарядове число електрона Відповідно, масове число позитрона дорівнює, як і у електрона, нулю, а зарядове число

У зв'язку з викладеним схеми електронного і позитрон-ного будуть мати вигляд

(8.17)

Таким чином, в результаті електронного і позитронного γ-розпаду утворюються ядра елементів, які розташовані в періодичній таблиці Менделєєва на наступному (поперед­ньому) місці по відношенню до вихідного елемента.

Формули (8.16) і (8.17) називають правилами змі­щення. Вони дають змогу розібратися у всіх послідовних перетвореннях ядер, які відбуваються в процесі їх радіо­активного розпаду .

Швидкості, з якими вилітають із ядра, типово є дуже великі а кінетична енергія

порядку кількох . Кінетична енергія виникає за рахунок надлишку енергії спокою материнського яд­ра над сумарною енергією спокою дочірнього ядра і точки. Ця надлишкова енергія розподіляється між частин­кою і дочірнім ядром у відношенні, обернено пропорцій­ному їх масам. Енергія частинок, які випускаються даною радіоактивною речовиною, є жорстко визначеною. Тому енергетичний спектр частинок є лінійчастий.

У більшості випадків радіоактивна речовина випускає кілька груп "моноенергетичних" частинок. Це зумовлено тим, що дочірнє ядро може виникати як в нормальному (незбудженому), так і в збудженому стані. Переходячи в нормальний або більш низький збуджений стан, дочірнє ядро випускає Через це розпад може супроводжуватися '

Утворене в результаті а-розпаду збуджене ядро може віддати надлишок енергії безпосередньо (без попереднього випускання γ-кванта) одному із електронів К-, L- або М-шару атома, в результаті чого електрон вилітає з атома. Цей процес називають внут­рішньою конверсією. Утворене в результаті вильоту елект­рона вакантне місце буде заповнюватися електронами з вищерозташованих енергетичних рівнів. Тому внутрішня конверсія завжди супроводжується випусканням характе­ристичних рентгенівських променів.

Бета-частинки (електрони і позитрони), які випроміню­ються при радіоактивному володіють різними значеннями енергії від 0 до (див. рис. 8.6). Випромі­нювання такого енергетичного спектра відіграло важливу роль в поясненні природи про що вже говорилося в параграфі 8.2.1.

Загальні властивості : неперервність і наявність максимальної енергії - верхньої границі спект­ра. Бета-випромінювання з енергією від називають м'яким, а від до кількох - жорстким.

Максимальна швидкість у разі жорсткого наближається до швидкості світла і мас бути розрахованою за формулами спеціальної теорії віднос­ності А. Ейнштейна.

Безпосередній експериментальний доказ існування нейтрино і антинейтрино було отримано лише в 1956 p., приблизно через чверть століття після його теоретичного відкриття В. Паулі та Е. Фермі. Нейтрино було відкрито Р. Девісом, який реалізував теоретичну ідею Б. Понтекорво, в реакції перетворення хлору в аргон

(8.18)

а антинейтрино Ф. Райнісом і К. Косном в реакції перетво­рення протона в нейтрон

(8.19)

Нейтрино і антинейтрино, які беруть участь в ядерних реакціях (8.5), (8.6) і (8.18), (8.19) називаються елек­тронними (інколи їх позначають через Відомі ще інші типи нейтрино і антинейтрино – мезонні та у Принципово важливим з погляду проблеми еволюції Всесвіту є питання про нульову або ненульову масу спокою нейтрино. Якщо нейтрино має ненульову масу спокою (для цього зараз є певні експериментальні підстави), то згідно з сучасною космологією - наукою про еволюцію Всесвіту - галактики, які нині розбігаються внаслідок розширення Всесвіту, через деякий час (зрозуміло, дуже великий в масштабі тривалості життя окремої людини) почнуть збігатися. Це означає, що Всесвіт буде поступово стискатися і такий процес, згідно з загальними законами термодинаміки, буде супроводжуватися зростанням серед­ньої густини і температури речовини у Всесвіті.