Альфа-распад

Материал из свободной русской энциклопедии «Традиция»
(перенаправлено с «Α-распад»)
Перейти к: навигация, поиск
Ядерная физика
CNO Cycle.svg
Атомное ядро · Радиоактивный распад · Ядерная реакция
Альфа-распад (условное схематическое представление)

Альфа-распад (α-распад) — физический процесс распада ядра, протекающий самопроизвольно с испусканием двух протонов и двух нейтронов, связанных воедино в ядро гелия. В результате альфа-распада заряд ядра уменьшается на две, а его массовое число на четыре единицы:

Пример альфа-распада для изотопа 226Ra:

\( \ ^{226}_{88}Ra \rightarrow ^{222}_{86}Rn + \alpha \ (^4_2He) \)

Кинетическая энергия α-частиц при таком распаде (Εα) определяется массами исходного и конечного ядер и α-частицы. Эта энергия может незначительно уменьшиться, если конечное ядро образуется в возбуждённом состоянии и, напротив несколько увеличиться, если возбуждённым было испускающее α-частицу ядро (такие частицы с увеличенной энергией называются длиннопробежными). Однако во всех случаях энергия α-распада продолжает быть однозначно связана с разностью масс и уровнями возбуждения исходного и конечного ядер, а потому спектр испускаемых α-частиц всегда является не сплошным а линейчатым.

Характерным свойством α-распада является наличие сильной зависимости между энергией испускаемых α-частиц и периодом полураспада α-радиоактивных ядер:

\(\log T_{1/2} = \frac{K}{\sqrt{E_\alpha}} - D\)

где К и Dконстанты, значения которых для природных радиоактивных изотопов с чётными Z и А лежат (при периоде полураспада \(T_{1/2}\), выраженном в сек, и энергии Е, выраженной в в МэВ) в следующих пределах: К=128,8 (при Z=84) — 154,7 (Z=92), D=50,15 (Z=84) — 54,4 (Z=92). Эта эмпирическая зависимость была впервые установлена в 1911—1912 гг. Гансом Гейгером и Джоном Неттолом (закон Гейгера-Неттола), и теоретически обоснована в 1928 году Георгием Гамовым в результате квантовомеханического рассмотрения процесса α-распада в результате туннельного перехода.

Распространённость α-распада[править]

Распространённость α-распада в наибольшей степени определяется зависимостью времени жизни α-радиоактивных ядер от энергии их распада. Важно не только чтобы энергия распада была положительной, но необходимо чтобы период полураспада находился в пределах: 10-12 сек < T1/2 < 1016 лет, которых нижний предел связан с самим определением понятия типа распада, а верхний предел с выполнением условия наблюдаемости (возможности обнаружения) распада (при ~ 1016 лет активность 1 г изотопа с А~200 составляет лишь 1,8×10-13 кюри). Для радиоактивных изотопов с Z < 50 энергия α-распада оказывается положительной при очень сильном дефиците числа нейтронов, в тоже время для ядер такого типа становится характерной протонная и двупротонная радиоактивность, и поэтому α-распад. здесь, как правило не наблюдается (в этой области изотопов существует единственное (аномальное) ядро, неустойчивое к α-распаду из основного состояния, 8Be). Среди изотопов более тяжёлых элементов имеется большое число таких, для которых энергия α-распада очень мала, хотя и положительна, и фактически сам α-распад отсутствует.

α-радиоактивные ядра[править]

Альфа-распад обнаружен у более чем 200 изотопов различных элементов, в основной своей массе расположенных в конце периодической системы, в областях за свинцом, которым и завершается заполнение протонной ядерной оболочки с Z=82. Также имеется чуть более 20 α-радиоактивных изотопов редкоземельных элементов. В этой области α-распад наиболее присущ ядрам с N=84, которые при испускании α-частиц испытывают превращение в ядра с заполненной оболочкой (N=82). Время жизни α-радиоактивных ядер колеблется от 10-12 сек, до (2-5)×1017 лет (природные изотопы 142Ce, 144Nd, 174Hf, 209Bi). Энергия наблюдаемого α-распада находится в пределах 4-9 МэВ (за исключением длиннопробежных α-частиц) для все тяжёлых ядер элементов, и 2-4,5 МэВ для изотопов редкоземельных (лантаноидов) элементов).

Практическое значение альфа-распада[править]

Огромнейшее значение альфа-распад имеет в области использования ядерной энергии, в частности в радиоизотопной энергетике. Используемые альфа-радиоактивные изотопы в всевозможных радиоизотопных источниках энергии представляют собой наиболее мощные источники энергии, и в сравнении с бета-радиоактивными изотопами выделяют на порядок большую энергию. Помимо этой области, альфа-распад ряда изотопов имеет огромное значение в производстве и применении разнообразных нейтронных источников, в которых используется альфа-нейтронная ядерная реакция с бериллием:

\( \ ^4_2He+ \ ^{9}_{4}Be \rightarrow ^{12}_{6}C + ^1_0n \)

Наиболее технологически отработанные полоний-бериллиевый, Плутоний-238-бериллиевый источники нейтронов используются в самых разнообразных научных областях исследования, при нейтронно-активационных анализах вещества, при нейтронном каротаже буровых скважин и др.

См.также[править]

Ссылки[править]

Литература[править]

  • Кюри. М., Радиоактивность, перевод с франц., М.-Л., 1947.г.
  • Мурин. А. Н., Введение в радиоактивность, Л., 1955.г.
  • Перлман. И., Расмуссен. Дж., Альфа-радиоактивность, перевод с англ., М., 1959.г.
  • Флёров. Г. Н., Донец. Е. Д., Друин. В. А., Спонтанное деление и синтез далёких трансурановых элементов, Атомная энергия, 1963.г.