U alfa raspadu atomskih jezgara, maseni broj. Šta je alfa raspad i beta raspad? Beta raspad, alfa raspad: formule i reakcije. Elementi podložni alfa raspadu

Prema modernim hemijskim konceptima, element je vrsta atoma sa istim nuklearnim nabojem, što se ogleda u rednom broju elementa u tabeli D.I. Mendeljejev. Izotopi se mogu razlikovati po broju neutrona i, shodno tome, po atomskoj masi, ali budući da je broj pozitivno nabijenih čestica - protona - isti, važno je razumjeti da je riječ o istom elementu.

Proton ima masu od 1,0073 amu. (jedinice atomske mase) i naboj +1. Jedinica električnog naboja je naboj elektrona. Masa električno neutralnog neutrona je 1,0087 amu. Za označavanje izotopa potrebno je navesti njegovu atomsku masu, koja je zbir svih protona i neutrona, i naboj jezgra (broj protona ili, ekvivalentno, serijski broj). Atomska masa, koja se također naziva nukleonski broj ili nukleon, obično se piše u gornjem lijevom kutu simbola elementa, a serijski broj dolje lijevo.

Slična notacija se koristi za elementarne čestice. Dakle, β-zracima, koji su elektroni i imaju zanemarljivu masu, pripisuje se naboj od -1 (dole) i maseni broj 0 (gore). α-čestice su pozitivni dvostruko nabijeni ioni helijuma, pa se označavaju simbolom "He" sa nuklearnim nabojem 2 i masenim brojem 4. Relativne mase protona p n uzimaju se kao 1, a njihov naboj je, respektivno, 1 i 0.

Izotopi elemenata obično nemaju posebna imena. Jedini izuzetak je vodonik: njegov izotop sa masenim brojem 1 je protij, 2 je deuterijum, a 3 je tricijum. Uvođenje posebnih naziva je zbog činjenice da se izotopi vodika međusobno razlikuju po masi što je više moguće.

Izotopi: stabilni i radioaktivni

Izotopi su stabilni i radioaktivni. Prvi se ne propadaju, pa su u prirodi sačuvani u svom izvornom obliku. Primeri stabilnih izotopa su kiseonik sa atomskom masom 16, ugljenik sa atomskom masom 12 i fluor sa atomskom masom od 19. Većina prirodnih elemenata je mešavina nekoliko stabilnih izotopa.

Vrste radioaktivnog raspada

Radioaktivni izotopi, prirodni i umjetni, spontano se raspadaju emisijom α- ili β-čestica i formiraju stabilan izotop.

Oni govore o tri vrste spontanih nuklearnih transformacija: α-raspad, β-raspad i γ-raspad. Tokom α-raspada, jezgro emituje α-česticu koja se sastoji od dva protona i dva neutrona, usled čega se maseni broj izotopa smanjuje za 4, a naelektrisanje jezgra za 2. Na primer, radij se raspada u radon i helijum jon:

Ra(226, 88)→Rn(222, 86)+He(4, 2).

U slučaju β-raspada, neutron u nestabilnom jezgru se pretvara u proton, a jezgro emituje β-česticu i antineutrino. Maseni broj izotopa se ne mijenja, ali se naboj jezgra povećava za 1.

Tokom γ-raspada, pobuđeno jezgro emituje γ-zračenje male talasne dužine. U tom slučaju energija jezgra se smanjuje, ali naboj jezgra i maseni broj ostaju nepromijenjeni.

1. FIZIKA NUKLEARA 1.4. β-raspad

Vrste i svojstva beta raspada. Elementi teorije beta raspada. Radioaktivne porodice

beta raspad jezgro je proces spontane transformacije nestabilnog jezgra u izobarno jezgro kao rezultat emisije elektrona (pozitrona) ili hvatanja elektrona. Poznato je oko 900 beta-radioaktivnih jezgara. Od toga je samo 20 prirodnih, a ostali su umjetni.
Vrste i svojstva beta raspada

Postoje tri vrste β - raspad: elektronski β – raspad, pozitron β + -raspad i hvatanje elektrona ( e-hvatanje). Prvi je glavni.

At elektronski β – -raspadanje jedan od neutrona jezgra pretvara se u proton sa emisijom elektrona i elektronskog antineutrina.

Primjeri: raspad slobodnog neutrona

, T 1/2 = 11,7 min;

raspadanje tricijuma

, T 1/2 = 12 godina.

At pozitron β + -raspadanje jedan od protona jezgra pretvara se u neutron uz emisiju pozitivno nabijenog elektrona (pozitron) i elektronskog neutrina

. (1.41b)

Primjer

Iz poređenja poluživota predaka porodica sa geološkim životnim vijekom Zemlje (4,5 milijardi godina), može se vidjeti da je gotovo sav torijum-232 sačuvan u Zemljinoj supstanci, uranijum-238 se raspao za otprilike polovinu, uranijum-235 - uglavnom, neptunijum-237 je praktično sve.

Akumulatori teških jona otvaraju fundamentalno nove mogućnosti u proučavanju svojstava egzotičnih jezgara. Konkretno, omogućavaju akumulaciju i dugotrajno korištenje potpuno ioniziranih atoma - "golih" jezgara. Kao rezultat, postaje moguće proučavati svojstva atomskih jezgara koje nemaju elektronsko okruženje i u kojima nema Kulonovog efekta vanjske elektronske ljuske s atomskim jezgrom.

Rice. 3.2 Shema e-hvatanja u izotopu (lijevo) i potpuno ioniziranim atomima i (desno)

Raspad atoma u vezano stanje je prvi put otkriven 1992. godine. Uočen je β - raspad potpuno jonizovanog atoma u vezana atomska stanja. Jezgro 163 Dy na N-Z dijagramu atomskih jezgara je označeno crnom bojom. To znači da je to stabilno jezgro. Zaista, budući da je dio neutralnog atoma, jezgro 163 Dy je stabilno. Njegovo osnovno stanje (5/2+) može se popuniti kao rezultat e-hvatanja iz osnovnog stanja (7/2+) jezgra 163 Ho. Jezgro 163 Ho okruženo elektronskom ljuskom je β - -radioaktivno i njegovo poluživot je ~10 4 godine. Međutim, ovo je tačno samo ako uzmemo u obzir jezgro okruženo elektronskom ljuskom. Za potpuno jonizirane atome, slika je bitno drugačija. Sada se pokazalo da je osnovno stanje jezgra 163 Dy veće po energiji od osnovnog stanja jezgra 163 Ho i otvara se mogućnost za raspad 163 Dy (slika 3.2)

Elektron nastao kao rezultat raspada može se uhvatiti na praznu K ili L-ljusku jona. Kao rezultat, raspad (3.8) ima oblik

→ + e - + e (u vezanom stanju).

Energije β-raspada u K i L-ljuske su (50,3±1) keV i (1,7±1) keV, respektivno. Da bi se posmatrao raspad u vezana stanja K- i L-ljuski u ESR skladišnom prstenu, 10 8 potpuno jonizovanih jezgara je akumulirano na GSI. Tokom vremena akumulacije, kao rezultat β + -raspada, formirala su se jezgra (slika 3.3).

Rice. 3.3. Dinamika akumulacije jona: a - struja Dy 66+ jona akumuliranih u ESR skladišnom prstenu tokom različitih faza eksperimenta, β - intenziteti Dy 66+ i Ho 67+ jona, mjereni eksternim i unutrašnjim detektorima osjetljivim na poziciju, respektivno

Pošto Ho 66+ joni imaju praktički isti odnos M/q kao i Dy 66+ joni primarnog snopa, oni se akumuliraju u istoj orbiti. Vrijeme akumulacije je bilo ~30 min. Da bi se izmjerio poluživot Dy 66+ jezgra, snop akumuliran u orbiti je morao biti pročišćen od primjesa Ho 66+ jona. Da bi se snop očistio od jona, u komoru je ubrizgan mlaz gasa argona gustine 6·10 12 atom/cm 2 i prečnika 3 mm, koji je presecao akumulirani snop jona u vertikalnom pravcu. Zbog činjenice da su ioni Ho 66+ uhvatili elektrone, oni su ispali iz ravnotežne orbite. Greda je čišćena otprilike 500 s. Nakon toga je mlaz gasa blokiran i joni Dy 66+ i novonastali (nakon isključivanja gasnog mlaza) Ho 66+ joni kao rezultat raspada nastavili su da kruže u prstenu. Trajanje ove faze variralo je od 10 do 85 min. Detekcija i identifikacija Ho 66+ zasnivala se na činjenici da se Ho 66+ može dalje jonizirati. Da bi se to postiglo, u posljednjoj fazi, mlaz plina je ponovo ubrizgan u skladišni prsten. Iz jona 163 Ho 66+ odstranjen je posljednji elektron i kao rezultat je dobiven jon 163 Ho 67+. U blizini gasnog mlaza nalazio se detektor osetljiv na poziciju, koji je registrovao 163 Ho 67+ jona koji napuštaju zrak. Na sl. 3.4 prikazuje zavisnost broja 163 Ho jezgra nastalih kao rezultat β-raspada od vremena akumulacije. Umetak prikazuje prostornu rezoluciju detektora osjetljivog na položaj.
Dakle, akumulacija jezgara 163 Ho u snopu 163 Dy dokazala je mogućnost raspada

→ + e - + e (u vezanom stanju).

Rice. 3.4. Odnos kćeri jona 163 Ho 66+ prema primarnim jonima 163 Dy 66+ u zavisnosti od vremena akumulacije. Umetak prikazuje 163 Ho 67+ pik snimljen internim detektorom.

Promjenom vremenskog intervala između čišćenja zraka od nečistoće Ho 66+ i vremena detekcije novoformiranih iona Ho 66+ u snopu nečistoća, može se izmjeriti poluživot potpuno ioniziranog Dy 66+ izotopa. Ispostavilo se da je ~0,1 godina.
Sličan raspad je također pronađen za 187 Re 75+. Dobiveni rezultat je izuzetno važan za astrofiziku. Činjenica je da neutralni atomi 187 Re imaju poluživot od 4·10 10 godina i da se koriste kao radioaktivni satovi. Poluživot 187 Re 75+ je samo 33 ± 2 godine. Stoga se u astrofizičkim mjerenjima moraju izvršiti odgovarajuće korekcije, jer u zvijezdama, 187 Re je najčešće u joniziranom stanju.
Proučavanje svojstava potpuno joniziranih atoma otvara novu liniju istraživanja egzotičnih svojstava jezgara lišenih Kulonovog efekta vanjske elektronske ljuske.

Alfa i beta zračenje se općenito naziva radioaktivnim raspadom. Ovo je proces koji je emisija iz jezgra, koja se odvija ogromnom brzinom. Kao rezultat toga, atom ili njegov izotop mogu se mijenjati iz jednog kemijskog elementa u drugi. Alfa i beta raspad jezgara karakterističan je za nestabilne elemente. To uključuje sve atome s brojem naboja većim od 83 i masenim brojem većim od 209.

Uslovi reakcije

Propadanje je, kao i druge radioaktivne transformacije, prirodno i umjetno. Ovo posljednje nastaje zbog ulaska neke strane čestice u jezgro. Koliko se alfa i beta raspada atom može podvrgnuti zavisi samo od toga koliko brzo se postiže stabilno stanje.

U prirodnim okolnostima dolazi do alfa i beta minus raspadanja.

U veštačkim uslovima prisutni su neutronski, pozitronski, protonski i drugi ređi tipovi raspada i transformacija jezgara.

Ova imena su dali oni koji su proučavali radioaktivno zračenje.

Razlika između stabilnog i nestabilnog kernela

Sposobnost raspada direktno zavisi od stanja atoma. Takozvano "stabilno" ili neradioaktivno jezgro je karakteristično za atome koji se ne raspadaju. U teoriji, takvi elementi se mogu posmatrati beskonačno da bi se konačno uverili u njihovu stabilnost. To je potrebno kako bi se takva jezgra odvojila od nestabilnih, koja imaju izuzetno dugo vrijeme poluraspada.

Greškom se takav "usporeni" atom može zamijeniti sa stabilnim. Međutim, telurij, odnosno njegov izotop broj 128, koji ima 2,2·10 24 godine, može biti upečatljiv primjer. Ovaj slučaj nije izolovan. Lantan-138 ima poluživot od 10 11 godina. Ovaj period je trideset puta stariji od postojećeg univerzuma.

Suština radioaktivnog raspada

Ovaj proces je nasumičan. Svaki raspadni radionuklid dobija stopu koja je konstantna za svaki slučaj. Brzina propadanja se ne može promijeniti pod utjecajem vanjskih faktora. Nije bitno da li će se reakcija dogoditi pod uticajem ogromne gravitacione sile, na apsolutnoj nuli, u električnom i magnetskom polju, tokom bilo koje hemijske reakcije, itd. Na proces se može uticati samo direktnim uticajem na unutrašnjost atomskog jezgra, što je praktično nemoguće. Reakcija je spontana i zavisi samo od atoma u kojem se odvija i njegovog unutrašnjeg stanja.

Kada se govori o radioaktivnim raspadima, često se koristi izraz "radionuklid". Oni koji nisu upoznati trebali bi znati da se ova riječ odnosi na grupu atoma koji imaju radioaktivna svojstva, svoj maseni broj, atomski broj i energetski status.

Različiti radionuklidi koriste se u tehničkim, naučnim i drugim oblastima ljudskog života. Na primjer, u medicini se ovi elementi koriste u dijagnostici bolesti, preradi lijekova, alata i drugih predmeta. Postoje čak i brojni terapijski i prognostički radiopreparati.

Jednako važno je i određivanje izotopa. Ova riječ se odnosi na posebnu vrstu atoma. Imaju isti atomski broj kao i obični element, ali drugačiji maseni broj. Ova razlika je uzrokovana brojem neutrona, koji ne utječu na naboj, poput protona i elektrona, ali mijenjaju njihovu masu. Na primjer, prosti vodonik ih ima čak 3. Ovo je jedini element čiji su izotopi dobili imena: deuterijum, tricijum (jedini radioaktivni) i protij. U drugim slučajevima, imena su data u skladu sa atomskim masama i glavnim elementom.

Alfa raspad

Ovo je vrsta radioaktivne reakcije. Tipičan je za prirodne elemente iz šestog i sedmog perioda periodnog sistema hemijskih elemenata. Posebno za umjetne ili transuranske elemente.

Elementi podložni alfa raspadu

Među metale koje karakteriše ovaj raspad spadaju torijum, uranijum i drugi elementi šestog i sedmog perioda iz periodnog sistema hemijskih elemenata, računajući od bizmuta. Izotopi iz teških elemenata su također podvrgnuti procesu.

Šta se dešava tokom reakcije?

U alfa raspadu, čestice se emituju iz jezgra, koje se sastoji od 2 protona i para neutrona. Sama emitovana čestica je jezgro atoma helijuma, sa masom od 4 jedinice i naelektrisanjem od +2.

Kao rezultat, pojavljuje se novi element, koji se nalazi dvije ćelije lijevo od originala u periodnom sistemu. Ovaj raspored je određen činjenicom da je originalni atom izgubio 2 protona i zajedno s njim - početni naboj. Kao rezultat toga, masa rezultirajućeg izotopa je smanjena za 4 jedinice mase u odnosu na početno stanje.

Primjeri

Tokom ovog raspada, torijum nastaje iz uranijuma. Od torijuma nastaje radijum, iz njega dolazi radon, koji na kraju daje polonijum, a na kraju i olovo. U tom procesu nastaju izotopi ovih elemenata, a ne oni sami. Dakle, ispada uranijum-238, torijum-234, radijum-230, radon-236 i tako dalje, sve do pojave stabilnog elementa. Formula za takvu reakciju je sljedeća:

Th-234 -> Ra-230 -> Rn-226 -> Po-222 -> Pb-218

Brzina izolovane alfa čestice u trenutku emisije je od 12.000 do 20.000 km/sec. U vakuumu bi takva čestica obišla globus za 2 sekunde, krećući se duž ekvatora.

beta raspad

Razlika između ove čestice i elektrona je u mjestu pojavljivanja. Beta raspad se dešava u jezgru atoma, a ne u elektronskoj ljusci koja ga okružuje. Najčešća od svih postojećih radioaktivnih transformacija. Može se uočiti u gotovo svim trenutno postojećim hemijskim elementima. Iz ovoga slijedi da svaki element ima barem jedan izotop koji je podložan raspadu. U većini slučajeva, beta raspad rezultira beta-minus raspadom.

Napredak reakcije

U tom procesu iz jezgra se izbacuje elektron, koji je nastao spontanom transformacijom neutrona u elektron i proton. U tom slučaju, zbog veće mase, protoni ostaju u jezgru, a elektron, nazvan beta minus čestica, napušta atom. A pošto ima više protona po jedinici, jezgro samog elementa se mijenja prema gore i nalazi se desno od originalnog u periodnom sistemu.

Primjeri

Raspad beta sa kalijumom-40 pretvara ga u izotop kalcijuma, koji se nalazi na desnoj strani. Radioaktivni kalcij-47 postaje skandij-47, koji se može pretvoriti u stabilan titan-47. Kako izgleda ovaj beta raspad? Formula:

Ca-47 -> Sc-47 -> Ti-47

Brzina beta čestice je 0,9 puta veća od brzine svjetlosti, što je 270.000 km/sec.

U prirodi nema previše beta-aktivnih nuklida. Vrlo je malo značajnih. Primer je kalijum-40, koji je samo 119/10.000 u prirodnoj mešavini. Takođe, među značajnim prirodnim beta-minus aktivnim radionuklidima su proizvodi alfa i beta raspada uranijuma i torija.

Raspad beta ima tipičan primjer: torijum-234, koji se u alfa raspadu pretvara u protaktinijum-234, a zatim na isti način postaje uranijum, ali njegov drugi izotop broj 234. Ovaj uranijum-234 opet zbog alfa raspada postaje torijum , ali drugačija vrsta toga. Ovaj torijum-230 tada postaje radijum-226, koji se pretvara u radon. I u istom nizu, do talijuma, samo sa različitim beta prelazima nazad. Ovaj radioaktivni beta raspad završava se formiranjem stabilnog olova-206. Ova transformacija ima sljedeću formulu:

Th-234 -> Pa-234 -> U-234 -> Th-230 -> Ra-226 -> Rn-222 -> At-218 -> Po-214 -> Bi-210 -> Pb-206

Prirodni i značajni beta-aktivni radionuklidi su K-40 i elementi od talijuma do uranijuma.

Beta plus raspad

Tu je i beta plus transformacija. Takođe se naziva pozitron beta raspad. Iz jezgra emituje česticu zvanu pozitron. Rezultat je transformacija originalnog elementa u onaj s lijeve strane, koji ima manji broj.

Primjer

Kada dođe do beta raspada elektrona, magnezijum-23 postaje stabilan izotop natrijuma. Radioaktivni europijum-150 postaje samarijum-150.

Rezultirajuća reakcija beta raspada može stvoriti beta+ i beta emisije. Brzina bježanja čestice u oba slučaja jednaka je 0,9 brzine svjetlosti.

Ostali radioaktivni raspadi

Pored reakcija kao što su alfa raspad i beta raspad, čija je formula nadaleko poznata, postoje i drugi procesi koji su rjeđi i karakterističniji za umjetne radionuklide.

neutronski raspad. Emituje se neutralna čestica od 1 jedinice mase. Pri tome se jedan izotop pretvara u drugi sa manjim masenim brojem. Primjer bi bio pretvaranje litijuma-9 u litijum-8, helijuma-5 u helijum-4.

Kada se stabilni izotop joda-127 ozrači gama zracima, on postaje izotop broj 126 i postaje radioaktivan.

protonski raspad. Izuzetno je rijetka. Pri tome se emituje proton koji ima naboj od +1 i 1 jedinicu mase. Atomska težina postaje manja za jednu vrijednost.

Svaka radioaktivna transformacija, posebno radioaktivni raspad, praćena je oslobađanjem energije u obliku gama zračenja. Zovu to gama zraci. U nekim slučajevima primećuju se rendgenski zraci sa nižom energijom.

To je tok gama kvanta. To je elektromagnetno zračenje, tvrđe od rendgenskog zračenja, koje se koristi u medicini. Kao rezultat, pojavljuju se gama kvanti ili energija teče iz atomskog jezgra. Rentgensko zračenje je također elektromagnetno, ali nastaje iz elektronskih omotača atoma.

Raspon alfa čestica

Alfa čestice mase 4 atomske jedinice i naboja od +2 kreću se pravolinijski. Zbog toga možemo govoriti o rasponu alfa čestica.

Vrijednost trčanja ovisi o početnoj energiji i kreće se od 3 do 7 (ponekad 13) cm u zraku. U gustom mediju, to je stoti dio milimetra. Takvo zračenje ne može prodrijeti kroz list papira i ljudsku kožu.

Zbog sopstvene mase i broja naelektrisanja, alfa čestica ima najveću jonizujuću moć i uništava sve na svom putu. U tom smislu, alfa radionuklidi su najopasniji za ljude i životinje kada su izloženi tijelu.

Prodorna moć beta čestica

Zbog malog masenog broja, koji je 1836 puta manji od protona, negativnog naboja i veličine, beta zračenje slabo djeluje na supstancu kroz koju leti, ali, osim toga, let je duži. Takođe putanja čestice nije prava. U tom smislu govore o sposobnosti prodiranja, koja zavisi od primljene energije.

Prodorne sposobnosti beta čestica koje su nastale tokom radioaktivnog raspada u vazduhu dostižu 2,3 ​​m, u tečnostima se broje u centimetrima, a u čvrstim materijama - u delićima centimetra. Tkiva ljudskog tijela prenose zračenje do dubine od 1,2 cm. Za zaštitu od beta zračenja može poslužiti jednostavan sloj vode do 10 cm.Protok čestica sa dovoljno visokom energijom raspada od 10 MeV skoro u potpunosti apsorbuju takvi slojevi: vazduh - 4 m; aluminijum - 2,2 cm; gvožđe - 7,55 mm; olovo - 5,2 mm.

S obzirom na njihovu malu veličinu, čestice beta zračenja imaju nisku jonizujuću moć u poređenju sa alfa česticama. Međutim, kada se progutaju, mnogo su opasniji nego pri vanjskom izlaganju.

Najveće prodorne performanse među svim vrstama zračenja trenutno imaju neutroni i gama. Domet ovih zračenja u zraku ponekad doseže desetine i stotine metara, ali sa nižim ionizirajućim indeksima.

Većina izotopa gama zraka ne prelazi 1,3 MeV energije. Rijetko se postižu vrijednosti od 6,7 MeV. U tom smislu, za zaštitu od takvog zračenja koriste se slojevi čelika, betona i olova kao faktor prigušenja.

Na primjer, da bi se kobalt gama zračenje desetostruko ublažilo, potreban je olovni štit debljine oko 5 cm, za 100-struko slabljenje potrebno je 9,5 cm.Betonska zaštita će biti 33 i 55 cm, a voda - 70 i 115 cm. .

Jonizujući učinak neutrona ovisi o njihovom energetskom učinku.

U svakoj situaciji, najbolji način da se zaštitite od zračenja je da se držite što dalje od izvora i što manje vremena provodite u području visokog zračenja.

atomska fisija

Pod atomima se podrazumeva spontano, ili pod uticajem neutrona, na dva dela, približno jednake veličine.

Ova dva dijela postaju radioaktivni izotopi elemenata iz glavnog dijela tabele hemijskih elemenata. Počnite od bakra do lantanida.

Prilikom oslobađanja, nekoliko dodatnih neutrona pobjegne i postoji višak energije u obliku gama kvanta, koji je mnogo veći nego prilikom radioaktivnog raspada. Dakle, u jednom aktu radioaktivnog raspada pojavljuje se jedan gama kvanta, a tokom čina fisije pojavljuje se 8,10 gama kvanta. Takođe, rasuti fragmenti imaju veliku kinetičku energiju, koja se pretvara u termičke indikatore.

Oslobođeni neutroni mogu izazvati razdvajanje para sličnih jezgri ako se nalaze u blizini i ako ih neutroni udare.

S tim u vezi, postoji mogućnost grananja, ubrzavanja lančane reakcije odvajanja atomskih jezgri i stvaranja velike količine energije.

Kada je takva lančana reakcija pod kontrolom, može se koristiti u određene svrhe. Na primjer, za grijanje ili struju. Ovakvi procesi se izvode u nuklearnim elektranama i reaktorima.

Ako izgubite kontrolu nad reakcijom, tada će doći do atomske eksplozije. Slično se koristi u nuklearnom oružju.

U prirodnim uslovima postoji samo jedan element - uranijum, koji ima samo jedan fisijski izotop sa brojem 235. To je oružje.

U običnom atomskom reaktoru urana iz uranijuma-238, pod uticajem neutrona, formiraju novi izotop na broju 239, a iz njega - plutonijum, koji je veštački i ne nastaje u prirodi. U ovom slučaju, nastali plutonijum-239 se koristi u svrhe oružja. Ovaj proces fisije atomskih jezgri je suština svih atomskih oružja i energije.

Fenomeni kao što su alfa raspad i beta raspad, čija se formula proučava u školi, široko su rasprostranjeni u naše vrijeme. Zahvaljujući ovim reakcijama postoje nuklearne elektrane i mnoge druge industrije zasnovane na nuklearnoj fizici. Međutim, ne zaboravite na radioaktivnost mnogih od ovih elemenata. Prilikom rada s njima potrebna je posebna zaštita i poštivanje svih mjera opreza. U suprotnom, to može dovesti do nepopravljive katastrofe.

beta raspad

β-raspad, radioaktivni raspad atomskog jezgra, praćen odlaskom elektrona ili pozitrona iz jezgra. Ovaj proces nastaje zbog spontane transformacije jednog od nukleona jezgra u nukleon druge vrste, naime: transformacija ili neutrona (n) u proton (p), ili protona u neutron. U prvom slučaju, elektron (e -) izleti iz jezgra - dolazi do takozvanog β - raspada. U drugom slučaju, pozitron (e +) izleti iz jezgra - dolazi do raspada β +. Polazak u B.-r. elektroni i pozitroni se zajednički nazivaju beta česticama. Međusobne transformacije nukleona praćene su pojavom još jedne čestice - neutrina ( ν ) u slučaju β+ raspada ili antineutrina A, jednak ukupnom broju nukleona u jezgru, se ne mijenja, a proizvod jezgra je izobara originalnog jezgra, koja stoji pored njega desno u periodnom sistemu elemenata. Naprotiv, tokom β + -raspada, broj protona se smanjuje za jedan, a broj neutrona se povećava za jedan i formira se izobara koja stoji u susjedstvu lijevo od originalnog jezgra. Simbolično, oba procesa B.-r. su napisani u sljedećem obliku:

gdje je -Z neutrona.

Najjednostavniji primjer (β - -raspada je transformacija slobodnog neutrona u proton emisijom elektrona i antineutrina (vrijeme poluraspada neutrona ≈ 13 min):

Složeniji primjer (β - raspad - raspad teškog izotopa vodika - tricija, koji se sastoji od dva neutrona (n) i jednog protona (p):

Očigledno je da se ovaj proces svodi na β - raspad vezanog (nuklearnog) neutrona. U ovom slučaju, β-radioaktivno jezgro tricijuma pretvara se u jezgro sljedećeg elementa u periodnom sistemu - jezgro lakog izotopa helijuma 3 2 He.

Primjer β + raspada je raspad ugljičnog izotopa 11 C prema sljedećoj shemi:

Transformacija protona u neutron unutar jezgra također može nastati kao rezultat hvatanja protona jednog od elektrona iz elektronske ljuske atoma. Najčešće dolazi do hvatanja elektrona

B.-r. opaženo u prirodno radioaktivnim i umjetno radioaktivnim izotopima. Da bi jezgro bilo nestabilno u odnosu na jednu od vrsta β-transformacije (tj. moglo bi proći B.-r.), zbir masa čestica na lijevoj strani jednadžbe reakcije mora biti veći od zbira masa proizvoda transformacije. Stoga kod B. - rijeka. energija se oslobađa. B. energija - rijeka. Eβ se može izračunati iz ove masene razlike koristeći relaciju E = mc2, gdje sa - brzina svetlosti u vakuumu. U slučaju β-raspada

gdje M - mase neutralnih atoma. U slučaju β+ raspada, neutralni atom gubi jedan od elektrona u svojoj ljusci, energiju B.-r. je jednako:

gdje ja- masa elektrona.

B. energija - rijeka. raspoređenih između tri čestice: elektrona (ili pozitrona), antineutrina (ili neutrina) i jezgra; svaka od svjetlosnih čestica može odnijeti skoro svaku energiju od 0 do E β, tj. njihovi energetski spektri su kontinuirani. Samo u K-hvatanju neutrino uvijek nosi istu energiju.

Dakle, u β - -raspadu, masa početnog atoma premašuje masu konačnog atoma, a kod β + -raspada ovaj višak iznosi najmanje dvije mase elektrona.

B.-ovo istraživanje - rijeka. nuclei je u više navrata naučnicima predstavljao neočekivane misterije. Nakon otkrića radioaktivnosti, B.-ov fenomen - rijeka. dugo se smatralo argumentom u korist prisustva elektrona u atomskim jezgrama; ispostavilo se da je ova pretpostavka u jasnoj suprotnosti sa kvantnom mehanikom (vidi atomsko jezgro). Zatim, nepostojanost energije elektrona emitovanih tokom B.-r., čak je kod nekih fizičara izazvala neverovanje u zakon održanja energije, jer. bilo je poznato da jezgra u stanjima sa dobro definisanom energijom učestvuju u ovoj transformaciji. Maksimalna energija elektrona koji izlaze iz jezgra je tačno jednaka razlici između energija početnog i konačnog jezgra. Ali u ovom slučaju nije bilo jasno gdje nestaje energija ako emitirani elektroni nose manje energije. Pretpostavka njemačkog naučnika W. Paulija o postojanju nove čestice - neutrina - spasila je ne samo zakon održanja energije, već i još jedan važan zakon fizike - zakon održanja ugaonog momenta. Pošto su spinovi (tj. vlastiti momenti) neutrona i protona jednaki 1/2, onda da bi se očuvao spin na desnoj strani B.-r. može postojati samo neparan broj čestica sa spinom 1/2. Konkretno, u slučaju β - raspada slobodnog neutrona n → p + e - + ν, samo pojava antineutrina isključuje kršenje zakona održanja impulsa.

B.-r. javlja se u elementima svih dijelova periodnog sistema. Sklonost ka β-transformaciji nastaje zbog prisustva viška neutrona ili protona u određenom broju izotopa u odnosu na količinu koja odgovara maksimalnoj stabilnosti. Dakle, sklonost ka β + raspadu ili K-hvatanju je karakteristična za izotope sa nedostatkom neutrona, a sklonost ka β - raspadu je karakteristična za izotope bogate neutronima. Poznato je oko 1500 β-radioaktivnih izotopa svih elemenata periodnog sistema, osim onih najtežih (Z ≥ 102).

B. energija - rijeka. trenutno poznati izotopi kreću se od

poluživoti su u širokom rasponu od 1,3 10 -2 sec(12 N) do Beta raspada 2 10 13 godina (prirodni radioaktivni izotop 180 W).

U budućnosti, B. studija - rijeka. više puta dovodio fizičare do kolapsa starih ideja. Utvrđeno je da je B. - rijeka. sile potpuno nove prirode. Uprkos dugom periodu koji je prošao od otkrića B.-r., priroda interakcije koja uzrokuje B.-r. nije u potpunosti proučena. Ova interakcija je nazvana "slabom", jer. 10 12 puta je slabiji od nuklearnog i 10 9 puta slabiji od elektromagnetnog (prevazilazi samo gravitacionu interakciju; vidi Slabe interakcije). Slaba interakcija je svojstvena svim elementarnim česticama (vidi elementarne čestice) (osim fotona). Prošlo je skoro pola veka pre nego što su fizičari otkrili da je u B.-r. simetrija između "desnog" i "lijevog" može biti narušena. Ovo neočuvanje pariteta je pripisano svojstvima slabih interakcija.

B. studira - rijeka. Imao je i još jedan važan aspekt. Životni vijek jezgra u odnosu na B.-r. a oblik spektra β-čestica zavise od stanja u kojima se početni nukleon i nukleon produkta nalaze unutar jezgra. Stoga je proučavanje B.-r., osim informacija o prirodi i svojstvima slabih interakcija, značajno proširilo razumijevanje strukture atomskih jezgara.

B. vjerovatnoća - rijeka. zavisi u suštini od toga koliko su međusobno bliska stanja nukleona u početnom i konačnom jezgru. Ako se stanje nukleona ne promijeni (čini se da nukleon ostaje na istom mjestu), tada je vjerovatnoća maksimalna i odgovarajući prijelaz početnog stanja u konačno se naziva dozvoljenim. Ovakvi prijelazi su karakteristični za B. - rijeku. laka jezgra. Laka jezgra sadrže gotovo isti broj neutrona i protona. Teža jezgra imaju više neutrona nego protona. Stanja nukleona različitih tipova bitno se razlikuju jedno od drugog. Komplikuje B. - rijeka; postoje prelazi na kojima B. - rijeka. dešava sa malom verovatnoćom. Tranzicija je takođe otežana potrebom da se promeni spin jezgra. Takvi prijelazi se nazivaju zabranjenim. Priroda prijelaza također utiče na oblik energetskog spektra β-čestica.

Eksperimentalno istraživanje raspodjele energije elektrona koje emituju β-radioaktivna jezgra (beta spektar) provedeno je pomoću Beta spektrometra. Primjeri β-spektra prikazani su u pirinač. jedan i pirinač. 2 .

Lit.: Alfa, beta i gama spektroskopija, ur. K. Zigbana, trans. sa engleskog, c. 4, M., 1969, Ch. 22-24; Eksperimentalna nuklearna fizika, ur. E. Segre, trans. sa engleskog, tom 3, M., 1961.

E. M. Leikin.

Beta spektar neutrona. Kinetika je iscrtana na x-osi. energija elektrona E in kev, na y-osi - broj elektrona N (E) u relativnim jedinicama (vertikalne linije označavaju granice greške mjerenja elektrona sa datom energijom).

Velika sovjetska enciklopedija. - M.: Sovjetska enciklopedija. 1969-1978 .

Pogledajte šta je "Beta raspad" u drugim rječnicima:

Beta raspad, radioaktivne transformacije atomskih jezgara, u procesu rxx, jezgre emituju elektrone i antineutrine (beta raspad) ili pozitrone i neutrine (beta + raspad). Polazak u B. p. elektroni i pozitroni imaju zajedničko ime. beta čestice. U… … Veliki enciklopedijski politehnički rječnik

Moderna enciklopedija

beta raspad- (b raspad), vrsta radioaktivnosti u kojoj raspadnuto jezgro emituje elektrone ili pozitrone. U elektronskom beta raspadu (b), neutron (intranuklearni ili slobodni) pretvara se u proton emisijom elektrona i antineutrina (vidi ... ... Ilustrovani enciklopedijski rječnik

beta raspad- (β raspad) radioaktivne transformacije atomskih jezgara, tokom kojih jezgra emituju elektrone i antineutrine (β raspad) ili pozitrone i neutrine (β+ raspad). Polazak u B. p. elektroni i pozitroni se zajednički nazivaju beta čestice (β čestice) ... Ruska enciklopedija zaštite rada

- (b raspad). spontane (spontane) transformacije neutrona n u proton p i protona u neutron unutar atoma. jezgra (kao i transformacija u proton slobodnog neutrona), praćena emisijom elektrona na e ili pozitron e + i elektronskim antineutrina ... ... Physical Encyclopedia

Spontane transformacije neutrona u proton i protona u neutron unutar atomskog jezgra, kao i transformacija slobodnog neutrona u proton, praćena emisijom elektrona ili pozitrona i neutrina ili antineutrina. dvostruki beta raspad…… Termini nuklearne energije

- (vidi beta) radioaktivna transformacija atomskog jezgra, u kojoj se emituju elektron i antineutrino ili pozitron i neutrino; u beta raspadu, električni naboj atomskog jezgra se mijenja za jedan, maseni broj se ne mijenja. Novi rječnik...... Rečnik stranih reči ruskog jezika

beta raspad- beta zraci, beta raspad, beta čestice. Prvi dio se izgovara [beta] ... Rječnik izgovora i poteškoća s naglaskom u savremenom ruskom jeziku

Postoji., Broj sinonima: 1 raspad (28) ASIS sinonimski rječnik. V.N. Trishin. 2013 ... Rečnik sinonima

Beta raspad, beta raspad... Pravopisni rječnik

BETA DECAY- (ß raspad) radioaktivna transformacija atomskog jezgra (slaba interakcija), u kojoj se emituju elektron i antineutrino ili pozitron i neutrino; u B. r. električni naboj atomskog jezgra mijenja se za jedan, masa (vidi) se ne mijenja ... Velika politehnička enciklopedija

Knjige

• O problemima zračenja i materije u fizici. Kritička analiza postojećih teorija: metafizička priroda kvantne mehanike i iluzorna priroda kvantne teorije polja. Alternativa - model treperavih čestica, Petrov Yu.I. , Knjiga je posvećena analizi problema jedinstva i suprotnosti pojmova "val" i "čestica". U potrazi za rješenjem ovih problema, matematičke osnove temeljnih ... Kategorija: