Бета-распад ядер и его характеристики, виды бета-распадов

Тема 15 Бета-распад ядер

Явление -распада состоит в том, что ядро самопроизвольно испускает электрон и легчайшую электрически нейтральную частицу антинейтрино , переходя при этом в ядро с тем же массовым числом , но с атомным номером , на единицу большим:

Тем самым при -распаде один из нейтронов ядра превращается в протон. Другим типом -распада является процесс, в котором ядро испускает позитрон и другую легчайшую электрически нейтральную частицу – нейтрино . При этом один из протонов ядра превращается в нейтрон:

Распад называют еще электронным или -распадом, а распад – позитронным или -распадом.

В круг -распадных явлений входит также электронный захват (часто называемый также -захватом), при котором ядро поглощает один из электронов атомной оболочки (обычно из -оболочки, чем и объясняется происхождение второго термина), испуская нейтрино. При этом, как и позитронном распаде, один из протонов превращается в нейтрон:

Наконец, родственными -распаду являются процессы взаимодействия нейтрино и антинейтрино с ядрами:

Главной особенностью -распада является то, что он обусловлен не ядерными и не электромагнитными силами, а третьим из четырех типов фундаментальных взаимодействий в природе – слабыми взаимодействиями. За счет того, что интенсивность слабых взаимодействий на 24 порядка меньше ядерных, периоды полураспадов -активных ядер в среднем имеют порядок минут и часов.

Бета-распад – процесс не внутриядерный, а внутринуклонный. В ядре распадается одиночный нуклон. Это видно уже из того, что -активным является свободный нейтрон, распадающийся на протон, электрон и антинейтрино,

с периодом полураспада 11,7 минут. При позитронном распаде в ядре распадается одиночный протон:

С другой стороны, для того чтобы выполнялись законы сохранения энергии и момента, ядро при -распаде должно перестраиваться. Поэтому период полураспада, а также другие характеристики -распада в сильнейшей степени зависят от того, насколько сложна эта перестройка. В результате периоды полураспада -активных ядер варьируются в столь же высоких пределах, как и периоды - распада (от с до лет рений).

Таким образом, если - распад представляет собой чисто ядерное явление, -активные процессы – явление гораздо более сложное, связанное как с теорией слабых взаимодействий, так и со структурой ядра.

Согласно современным теоретическим воззрениям электроны, нейтрино и другие, вылетающие при -распаде частицы рождаются во время распада. Здесь проявляется весьма общее свойство взаимопревращаемости элементарных частиц.

Если -распад наблюдается только у самых тяжелых и некоторых редкоземельных ядер, то -активные ядра гораздо более многочисленны и имеются во всей области значений массового числа , начиная с единицы (свободный нейтрон) и кончая массовыми числами самых тяжелых ядер.

Выделяющиеся при единичном акте -распада энергии варьируются от 0,0186 МэВ для распада трития

до 16,6 МэВ для распада тяжелого изотопа азота

Для -распада, как правило, несущественен кулоновский барьер, несмотря на то, что вылетающие позитроны положительно заряжены, а их энергии часто меньше энергий распадных -частиц. Это связано с тем, что у позитрона очень мала масса и, следовательно, велик импульс. Поэтому позитрон не может долго находиться в ядре без нарушения соотношения неопределенностей.