2015-05-18
625
Существуют три вида b-распада: электронный (b–), позитронный (b+) и K-захват. В первом случае из ядра вылетает электрон, во втором — позитрон, а при K-захвате ядро поглощает одни из электронов K-оболочки.
Первоначально предполагалось, что b–-распад протекает по схеме
 ,
| (36.13) |
которая объяснялась распадом одного из нейтронов внутри ядра 
с образованием протона и электрона:
 ,
| (36.14) |
Однако такое объяснение имеет ряд затруднений.
1. В реакции (36.14) нарушается закон сохранения спина. В самом деле, спины всех трех частиц в этой реакции одинаковы (S=1/2), поэтому 1/2=1/2+1/2, что невозможно.
2. Энергия электронов должна быть строго определенной (рис. 36.4, а), поскольку строго определенными являются энергии нейтрона и протона:
 ,
| (36.15) |
Рис. 36.4
|
Между тем, опыт показывает, что при b–-распаде энергии электронов изменяются в широких пределах (рис. 36.4, б): от нуля до некоторого максимального значения, вычисляемого по формуле (36.15).
3. Измеренная с помощью прямых калориметрических опытов суммарная энергия электронов оказалась меньше, чем ее значение, вычисленное с помощью (36.15). В связи с этим Н. Бор даже высказал предположение о возможном нарушении закона сохранения энергии в элементарных процессах.
Эти затруднения были преодолены в 1934 г., когда В. Паули высказал гипотезу о том, что при b-распаде из ядра одновременно вылетают две частицы — электрон и нейтрино.
Нейтрино имеет нулевой заряд, спин 1/2 ћ и весьма малую (вероятно, нулевую) массу покоя. Эта частица может принимать участие только в слабых взаимодействиях (см. § 37.1) и поэтому характеризуется высокой проникающей способностью. Например, нейтрино с энергией 1 МэВ может пройти слой свинца толщиной 1018 м. Тем не менее, эта частица была зарегистрирована в 1951 г. в опытах с использованием потоков нейтрино большой интенсивности, возникающих вблизи ядерных реакторов.
Впоследствии выяснилось, что при b-распаде возникают нейтрино двух типов: при b+-распаде — нейтрино (обозначается n), а при b–-распаде — антинейтрино (
). Эти частицы отличаются ориентацией спина по отношению к импульсу: у нейтрино спин и импульс ориентированы в противоположные стороны, а у антинейтрино — в одну и ту же сторону.
В современной трактовке b–-распад протекает по схеме:
| (36.16) |
Эта реакция идет с соблюдением закона сохранения спина: 1/2=1/2+1/2-1/2.
Сплошной энергетический спектр электронов объясняется тем, что энергия 
(формула (36.15)) случайным образом перераспределяется между антинейтрино и электроном. В опытах по измерению суммарной энергии, выделяющейся в b-радиоактивном источнике, происходит лишь кажущееся нарушение закона сохранения энергии, поскольку часть энергии уносится из калориметра нейтрино, которые не регистрируются в этих опытах.
Таким образом, с учетом нейтрино все отмеченные трудности снимаются.
При b–-распаде в ядре происходит распад протона с образованием нейтрона, позитрона и нейтрино:
| (36.17) |
Позитрон является античастицей по отношению к электрону. Эти частицы имеют одинаковую массу и спин, но отличаются знаком заряда.
Распад протона по схеме (36.17) возможен лишь в том случае, если он находится внутри ядра, где заимствует недостающую энергию у других нуклонов. Поскольку масса протона меньше массы нейтрона, то для свободного протона процесс распада по схеме (36.17) невозможен, поскольку при этом нарушался бы закон сохранения энергии.
Третий тип b-распада (K-захват) заключается в том, что ядро поглощает один из электронов K-оболочки, в результате один из протонов ядра превращается в нейтрон, испуская при этом нейтрино:
.
