БСЭ БСЭ - Большая Советская Энциклопедия (РА)

Известно более 200 a-активных ядер, расположенных в основном в конце периодической системы, за Pb, которым заканчивается заполнение протонной ядерной оболочки с Z = 82 (см. Ядерные модели ). Известно также около 20 a-радиоактивных изотопов редкоземельных элементов. Здесь a-распад наиболее характерен для ядер с числом нейтронов N = 84, которые при испускании a-частиц превращаются в ядра с заполненной нейтронной ядерной оболочкой ( N = 82) . Времена жизни a-активных ядер колеблются в широких пределах: от 3×10 —7 сек (для 212Po) до (2—5)×10 15лет (природные изотопы 142Ce, 144Nd, 174Hf). Энергия наблюдаемого a-распада лежит в пределах 4—9 Мэв (за исключением длиннопробежных a-частиц) для всех тяжёлых ядер и 2—4,5 Мэв для редкоземельных элементов.

Бета-распад представляет собой самопроизвольное взаимное превращение протонов и нейтронов, происходящее внутри ядра и сопровождающееся испусканием или поглощением электронов (е —) или позитронов (е +), нейтрино (n e) или антинейтрино ( ).

1) Электронный b —-распад: n ® р + е —+ ; например,

.

2) Позитронный b +-распад: p ® ; например,

( ).

3) Электронный захват: p ® ; например,

( ).

Захват электронов происходит с одной из атомных оболочек, чаще всего с ближайшей к ядру К-оболочки (К-захват), реже — со следующих, L- и М-оболочек ( L- и М- захваты), b —-распад характерен для нейтроноизбыточных ядер, в которых число нейтронов больше, чем в устойчивых ядрах (а для ядер с Z > 83, если число нейтронов больше, чем в b-стабильных ядрах, испытывающих только a-распад). b +-распад и электронный захват свойственны нейтронодефицитным ядрам, более лёгким, чем устойчивые или b-стабильные ядра. Энергия при b-распаде распределяется между 3 частицами: электроном или позитроном, антинейтрино или нейтрино и конечным ядром; поэтому спектр b-частиц сплошной. Бета-радиоактивные изотопы встречаются у всех элементов периодической системы. Особенностью электронного захвата является слабая зависимость его скорости от химического состояния превращающихся атомов. Ядро захватывает электрон с какой-либо из электронных оболочек атома, а вероятность подобного захвата определяется строением не только внутренней оболочки, отдающей ядру электрон, но и (в меньшей степени) более отдалённых оболочек, в том числе и валентных. Изменение заряда ядра при b-распаде влечёт за собой последующую перестройку («встряску») электронных атомных оболочек, возбуждение, ионизацию атомов и молекул, разрыв химических связей. Химические последствия b-распада (и в меньшей степени др. радиоактивных превращений) являются предметом многочисленных исследований (см. Радиохимия ).

Спонтанное деление представляет собой самопроизвольный распад тяжёлых ядер на два (реже — 3 или 4) осколка — ядра элементов середины периодической системы. Спонтанное деление и a-распад ограничивают возможности получения новых трансурановых элементов.

Протонная и двупротонная Р. должны представлять собой самопроизвольный распад нейтронодефицитных ядер с испусканием 1 или одновременно 2 протонов, проникающих сквозь кулоновский барьер путём туннельного эффекта. Причиной возможности двупротонной Р. служит спаривание в ядре протонов с противоположно направленными спинами, сопровождающееся выделением энергии около 2 Мэв. В результате этого испускание из ядра одновременно пары протонов может потребовать затраты меньшей энергии, чем отрыв одного из них от другого, а в ряде случаев может идти даже с выделением энергии (причём за время > 10 -12 сек ), тогда как испускание одиночного протона потребовало бы, наоборот, затраты энергии.

Трудности наблюдения протонной и двупротонной Р. обусловлены как коротким (по сравнению с др. типами Р.) временем жизни р- и 2р-радиоактивных ядер, так и тем, что эти ядра характеризуются очень сильным дефицитом нейтронов и потому могут быть получены в ядерных реакциях, сопровождающихся вылетом большого числа нейтронов и поэтому маловероятных. Протонную Р. до сих пор удалось наблюдать (см. выше) лишь при распаде не основного, а возбуждённого (изомерного) состояния ядра 53MCo. Двупротонная Р. так же, как и двунейтронный распад, экспериментально пока не обнаружены.

Гамма-лучи. Ядерные изомеры. Испускание g-квантов сопровождает Р. в тех случаях, когда «дочерние» ядра образуются в возбуждённых состояниях. Время жизни ядер в таких возбуждённых состояниях определяется свойствами ( спином , чётностью , энергией) данного уровня и нижележащих уровней, на которые могут происходить переходы с испусканием g-квантов. Длительность g-переходов резко возрастает с уменьшением их энергии и с увеличением разности моментов исходного и конечного состояний ядра. В ряде случаев эта длительность существенно превышает 10 —10—10 —9 сек, т. е. наряду с основным состоянием данного стабильного или радиоактивного ядра может относительно долго (иногда годы) существовать его метастабильное возбуждённое (изомерное) состояние. Для многих ядерных изомеров наблюдается явление внутренней электронной конверсии: возбуждённое ядро, не излучая g-квантов, передаёт свою избыточную энергию электронным оболочкам, вследствие чего один из электронов вылетает из атома. После внутренней конверсии возникает вторичное излучение рентгеновского и оптического диапазона вследствие заполнения одним из электронов освободившегося места и последующих переходов. Участие электронных оболочек в конверсионных переходах приводит к тому, что время жизни соответствующих изомеров зависит (хотя и очень слабо) от химического состояния превращающихся атомов.

Известны изомеры, для которых преобладает не g-излучение с образованием др. состояния того же изотопа, но распад по какому-либо из основных типов Р. Так, изомер ( T 1/2= 3,7 ч ) испытывает, как и основной изотоп , b-распад; изомер ( T 1/2= 45 сек ) , как и основной изотоп , — a-распад; изомер ( T 1/2= 14 мсек ) — спонтанное деление.