En la desintegración alfa de los núcleos atómicos, el número de masa. ¿Qué es el decaimiento alfa y el decaimiento beta? Decaimiento beta, decaimiento alfa: fórmulas y reacciones. Elementos sujetos a decaimiento alfa

Según los conceptos químicos modernos, un elemento es un tipo de átomos con la misma carga nuclear, que se refleja en el número ordinal del elemento en la tabla de D.I. Mendeleev. Los isótopos pueden diferir en el número de neutrones y, en consecuencia, en la masa atómica, pero dado que el número de partículas cargadas positivamente (protones) es el mismo, es importante comprender que estamos hablando del mismo elemento.

Un protón tiene una masa de 1,0073 uma. (unidades de masa atómica) y carga +1. La unidad de carga eléctrica es la carga de un electrón. La masa de un neutrón eléctricamente neutro es 1,0087 uma. Para designar un isótopo es necesario indicar su masa atómica, que es la suma de todos los protones y neutrones, y la carga del núcleo (el número de protones o, equivalentemente, el número de serie). La masa atómica, también llamada número de nucleón o nucleón, generalmente se escribe en la parte superior izquierda del símbolo del elemento y el número de serie en la parte inferior izquierda.

Se utiliza una notación similar para las partículas elementales. Entonces, a los rayos β, que son electrones y tienen una masa despreciable, se les asigna una carga de -1 (abajo) y un número de masa 0 (arriba). Las partículas α son iones de helio positivos doblemente cargados, por lo que se denotan con el símbolo "He" con una carga nuclear de 2 y un número de masa de 4. Las masas relativas de protones p n se toman como 1, y sus cargas son, respectivamente, 1 y 0.

Los isótopos de elementos generalmente no tienen nombres separados. La única excepción es el hidrógeno: su isótopo con un número de masa de 1 es protio, 2 es deuterio y 3 es tritio. La introducción de nombres especiales se debe al hecho de que los isótopos de hidrógeno difieren tanto como sea posible entre sí en masa.

Isótopos: estables y radiactivos

Los isótopos son estables y radiactivos. Los primeros no sufren descomposición, por lo que se conservan en la naturaleza en su forma original. Ejemplos de isótopos estables son el oxígeno con una masa atómica de 16, el carbono con una masa atómica de 12 y el flúor con una masa atómica de 19. La mayoría de los elementos naturales son una mezcla de varios isótopos estables.

Tipos de desintegración radiactiva

Los isótopos radiactivos, naturales y artificiales, se descomponen espontáneamente con la emisión de partículas α o β para formar un isótopo estable.

Hablan de tres tipos de transformaciones nucleares espontáneas: desintegración α, desintegración β y desintegración γ. Durante la desintegración α, el núcleo emite una partícula α que consta de dos protones y dos neutrones, como resultado de lo cual el número de masa del isótopo disminuye en 4 y la carga del núcleo disminuye en 2. Por ejemplo, el radio se desintegra en radón y un ion helio:

Ra(226, 88)→Rn(222, 86)+He(4, 2).

En el caso de la desintegración β, un neutrón en un núcleo inestable se convierte en un protón y el núcleo emite una partícula β y un antineutrino. El número de masa del isótopo no cambia, pero la carga del núcleo aumenta en 1.

Durante el decaimiento γ, el núcleo excitado emite radiación γ con una pequeña longitud de onda. En este caso, la energía del núcleo disminuye, pero la carga del núcleo y el número de masa permanecen sin cambios.

1. FÍSICA DE LAS NUCLEARES 1.4. desintegración β

Tipos y propiedades de la desintegración beta. Elementos de la teoría de la desintegración beta. Familias radiactivas

decaimiento beta El núcleo es el proceso de transformación espontánea de un núcleo inestable en un núcleo isobárico como resultado de la emisión de un electrón (positrón) o la captura de un electrón. Se conocen alrededor de 900 núcleos radiactivos beta. De estos, solo 20 son naturales, el resto se obtienen artificialmente.
Tipos y propiedades de la desintegración beta

Hay tres tipos β - decaimiento: electrónico β – decaimiento, positrón β + -decaimiento y captura de electrones( mi-captura). El primero es el principal.

En electrónica β – -decadencia uno de los neutrones del núcleo se convierte en protón con la emisión de un electrón y un antineutrino electrónico.

Ejemplos: decaimiento de un neutrón libre

, T 1/2 = 11,7 minutos;

descomposición del tritio

, T 1/2 = 12 años.

En positrón β + -decadencia uno de los protones del núcleo se convierte en neutrón con la emisión de un electrón cargado positivamente (positrón) y un neutrino electrónico

. (1.41b)

Ejemplo

A partir de una comparación de las vidas medias de los ancestros de las familias con la vida geológica de la Tierra (4.500 millones de años), se puede ver que casi todo el torio-232 se conserva en la sustancia de la Tierra, el uranio-238 se ha descompuesto por aproximadamente la mitad, uranio-235; en su mayor parte, neptunio-237 es prácticamente todo.

Los acumuladores de iones pesados ​​abren posibilidades fundamentalmente nuevas en el estudio de las propiedades de los núcleos exóticos. En particular, permiten acumular y usar durante mucho tiempo átomos completamente ionizados: núcleos "desnudos". Como resultado, es posible estudiar las propiedades de los núcleos atómicos que no tienen un entorno electrónico y en los que no existe un efecto de Coulomb de la capa de electrones exterior con el núcleo atómico.

Arroz. 3.2 Esquema de captura electrónica en un isótopo (izquierda) y átomos completamente ionizados y (derecha)

La descomposición en un estado ligado de un átomo se descubrió por primera vez en 1992. Se observó la descomposición β de un átomo completamente ionizado en estados atómicos ligados. El núcleo de 163 Dy en el diagrama N-Z de los núcleos atómicos está marcado en negro. Esto significa que es un núcleo estable. De hecho, al ser parte de un átomo neutro, el núcleo 163 Dy es estable. Su estado fundamental (5/2+) se puede poblar como resultado de la captura electrónica del estado fundamental (7/2+) del núcleo de 163 Ho. El núcleo de 163 Ho rodeado por una capa de electrones es β - -radiactivo y su vida media es de ~10 4 años. Sin embargo, esto es cierto solo si consideramos el núcleo rodeado por una capa de electrones. Para átomos completamente ionizados, la imagen es fundamentalmente diferente. Ahora, el estado fundamental del núcleo de 163 Dy resulta ser de mayor energía que el estado fundamental del núcleo de 163 Ho y se abre la posibilidad de la descomposición de 163 Dy (Fig. 3.2)

El electrón formado como resultado de la desintegración se puede capturar en la capa K o L vacante del ion. Como resultado, la descomposición (3.8) tiene la forma

→ + e - + e (en el estado ligado).

Las energías de las desintegraciones β en las capas K y L son (50,3±1) keV y (1,7±1) keV, respectivamente. Para observar la descomposición en estados unidos de las capas K y L en el anillo de almacenamiento ESR, se acumularon 10 8 núcleos completamente ionizados en el GSI. Durante el tiempo de acumulación, como resultado de la desintegración β+, se formaron núcleos (Fig. 3.3).

Arroz. 3.3. Dinámica de acumulación de iones: a - corriente de iones Dy 66+ acumulados en el anillo de almacenamiento ESR durante diferentes etapas del experimento, β - intensidades de iones Dy 66+ y Ho 67+, medidas por detectores sensibles a la posición externos e internos, respectivamente

Como los iones Ho 66+ tienen prácticamente la misma relación M/q que los iones Dy 66+ del haz primario, se acumulan en la misma órbita. El tiempo de acumulación fue de ~30 min. Para medir la vida media del núcleo Dy 66+, el haz acumulado en órbita tuvo que ser purificado de la mezcla de iones Ho 66+. Para limpiar el haz de iones, se inyectó en la cámara un chorro de gas argón con una densidad de 6·10 12 átomos/cm 2 y un diámetro de 3 mm, que cruzó el haz de iones acumulado en dirección vertical. Debido al hecho de que los iones Ho 66+ capturaron electrones, se salieron de la órbita de equilibrio. El haz se limpió durante aproximadamente 500 s. Después de eso, el chorro de gas se bloqueó y los iones Dy 66+ y los iones Ho 66+ recién formados (después de que se apagó el chorro de gas) como resultado de la descomposición continuaron circulando en el anillo. La duración de esta etapa varió de 10 a 85 min. La detección e identificación de Ho 66+ se basó en el hecho de que Ho 66+ puede ionizarse más. Para ello, en la última etapa, se inyectó nuevamente un chorro de gas en el anillo de almacenamiento. Se extrajo el último electrón del ion 163 Ho 66+ y, como resultado, se obtuvo el ion 163 Ho 67+. Se ubicó un detector sensible a la posición cerca del chorro de gas, que registró los iones 163 Ho 67+ que salían del haz. En la fig. La figura 3.4 muestra la dependencia del número de núcleos de 163 Ho formados como resultado de la desintegración β del tiempo de acumulación. El recuadro muestra la resolución espacial del detector sensible a la posición.
Así, la acumulación de núcleos de 163 Ho en el haz de 163 Dy probó la posibilidad de la descomposición

→ + e - + e (en el estado ligado).

Arroz. 3.4. Relación de iones secundarios 163 Ho 66+ a iones primarios 163 Dy 66+ dependiendo del tiempo de acumulación. El recuadro muestra el pico de 163 Ho 67+ registrado por el detector interno.

Al variar el intervalo de tiempo entre la limpieza del haz de la impureza Ho 66+ y el momento de detección de iones Ho 66+ recién formados en el haz de impurezas, se puede medir la vida media del isótopo Dy 66+ completamente ionizado. Resultó ser ~0.1 año.
También se encontró una descomposición similar para 187 Re 75+. El resultado obtenido es extremadamente importante para la astrofísica. El hecho es que los átomos neutros de 187 Re tienen una vida media de 4·10 10 años y se utilizan como relojes radiactivos. La vida media de 187 Re 75+ es de solo 33 ± 2 años. Por lo tanto, se deben hacer las correcciones apropiadas en las mediciones astrofísicas, ya que en las estrellas, el 187 Re se encuentra con mayor frecuencia en un estado ionizado.
El estudio de las propiedades de los átomos totalmente ionizados abre una nueva línea de investigación sobre las exóticas propiedades de los núcleos desprovistos del efecto Coulomb de la capa externa de electrones.

Las radiaciones alfa y beta generalmente se denominan desintegraciones radiactivas. Este es un proceso que es una emisión del núcleo, que ocurre a una velocidad tremenda. Como resultado, un átomo o su isótopo pueden cambiar de un elemento químico a otro. Las desintegraciones alfa y beta de los núcleos son características de los elementos inestables. Estos incluyen todos los átomos con un número de carga superior a 83 y un número de masa superior a 209.

Condiciones de reacción

La descomposición, como otras transformaciones radiactivas, es natural y artificial. Este último se produce debido a la entrada de alguna partícula extraña en el núcleo. La cantidad de desintegración alfa y beta que puede sufrir un átomo depende solo de qué tan pronto se alcance un estado estable.

En circunstancias naturales, se producen desintegraciones alfa y beta menos.

En condiciones artificiales, están presentes neutrones, positrones, protones y otros tipos más raros de desintegración y transformaciones de núcleos.

Estos nombres fueron dados por aquellos que estudiaron la radiación radiactiva.

Diferencia entre núcleo estable e inestable

La capacidad de desintegrarse depende directamente del estado del átomo. El llamado núcleo "estable" o no radiactivo es característico de los átomos que no se descomponen. En teoría, tales elementos pueden observarse indefinidamente para finalmente convencerse de su estabilidad. Esto es necesario para separar esos núcleos de los inestables, que tienen una vida media extremadamente larga.

Por error, un átomo tan "ralentizado" puede confundirse con uno estable. Sin embargo, el telurio y, más concretamente, su isótopo número 128, que tiene 2,2·10 24 años, puede ser un ejemplo sorprendente. Este caso no es aislado. El lantano-138 tiene una vida media de 10 11 años. Este período es treinta veces la edad del universo existente.

La esencia de la desintegración radiactiva

Este proceso es aleatorio. Cada radionucleido en descomposición adquiere una velocidad que es constante para cada caso. La tasa de descomposición no puede cambiar bajo la influencia de factores externos. No importa si una reacción ocurrirá bajo la influencia de una enorme fuerza gravitatoria, en el cero absoluto, en un campo eléctrico y magnético, durante cualquier reacción química, etc. El proceso sólo puede verse influido por un impacto directo en el interior del núcleo atómico, lo que es prácticamente imposible. La reacción es espontánea y depende únicamente del átomo en el que transcurre y de su estado interno.

Cuando se hace referencia a las desintegraciones radiactivas, a menudo se utiliza el término "radionúclido". Quien no esté familiarizado con ella debe saber que esta palabra hace referencia a un grupo de átomos que tienen propiedades radiactivas, su propio número másico, número atómico y estado energético.

Varios radionucleidos se utilizan en áreas técnicas, científicas y de otro tipo de la vida humana. Por ejemplo, en medicina, estos elementos se utilizan para diagnosticar enfermedades, procesar medicamentos, herramientas y otros artículos. Incluso existen una serie de radiopreparados terapéuticos y pronósticos.

Igualmente importante es la determinación del isótopo. Esta palabra se refiere a un tipo especial de átomos. Tienen el mismo número atómico que un elemento ordinario, pero diferente número de masa. Esta diferencia es causada por la cantidad de neutrones, que no afectan la carga, como los protones y los electrones, pero cambian su masa. Por ejemplo, el hidrógeno simple tiene hasta 3. Este es el único elemento cuyos isótopos han recibido nombres: deuterio, tritio (el único radiactivo) y protio. En otros casos, los nombres se dan de acuerdo con las masas atómicas y el elemento principal.

Decaimiento alfa

Este es un tipo de reacción radiactiva. Es típico de los elementos naturales de los períodos sexto y séptimo de la tabla periódica de elementos químicos. Especial para elementos artificiales o transuránicos.

Elementos sujetos a decaimiento alfa

Entre los metales que se caracterizan por esta desintegración se encuentran el torio, el uranio y otros elementos de los períodos sexto y séptimo de la tabla periódica de elementos químicos, contando desde el bismuto. También se someten al proceso isótopos de entre los elementos pesados.

¿Qué sucede durante una reacción?

En la desintegración alfa, se emiten partículas desde el núcleo, que consisten en 2 protones y un par de neutrones. La partícula emitida en sí es el núcleo de un átomo de helio, con una masa de 4 unidades y una carga de +2.

Como resultado, aparece un nuevo elemento, que se encuentra dos celdas a la izquierda del original en la tabla periódica. Esta disposición está determinada por el hecho de que el átomo original ha perdido 2 protones y, junto con él, la carga inicial. Como resultado, la masa del isótopo resultante se reduce en 4 unidades de masa en comparación con el estado inicial.

Ejemplos

Durante esta desintegración, el torio se forma a partir del uranio. Del torio sale el radio, de él sale el radón, que eventualmente da polonio, y finalmente plomo. En este proceso se forman isótopos de estos elementos, y no ellos mismos. Entonces, resulta uranio-238, torio-234, radio-230, radón-236 y así sucesivamente, hasta la aparición de un elemento estable. La fórmula para tal reacción es la siguiente:

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

La velocidad de una partícula alfa aislada en el momento de la emisión es de 12.000 a 20.000 km/seg. Estando en el vacío, tal partícula daría la vuelta al globo en 2 segundos, moviéndose a lo largo del ecuador.

decaimiento beta

La diferencia entre esta partícula y un electrón está en el lugar de aparición. La desintegración beta ocurre en el núcleo de un átomo, no en la capa de electrones que lo rodea. La más común de todas las transformaciones radiactivas existentes. Se puede observar en casi todos los elementos químicos existentes en la actualidad. De esto se deduce que cada elemento tiene al menos un isótopo sujeto a descomposición. En la mayoría de los casos, la desintegración beta da como resultado una desintegración beta-negativa.

Progreso de la reacción

En este proceso, se expulsa un electrón del núcleo, que ha surgido debido a la transformación espontánea de un neutrón en un electrón y un protón. En este caso, debido a la mayor masa, los protones permanecen en el núcleo y el electrón, llamado partícula beta menos, sale del átomo. Y como hay más protones por unidad, el núcleo del propio elemento cambia hacia arriba y se ubica a la derecha del original en la tabla periódica.

Ejemplos

La desintegración de beta con potasio-40 lo convierte en un isótopo de calcio, que se encuentra a la derecha. El calcio-47 radiactivo se convierte en escandio-47, que puede convertirse en titanio-47 estable. ¿Cómo es esta desintegración beta? Fórmula:

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

La velocidad de escape de una partícula beta es 0,9 veces la velocidad de la luz, que es de 270.000 km/seg.

No hay demasiados nucleidos beta-activos en la naturaleza. Hay muy pocos significativos. Un ejemplo es el potasio-40, que es solo 119/10 000 en una mezcla natural. Además, entre los importantes radionucleidos naturales activos beta-menos se encuentran los productos de la desintegración alfa y beta del uranio y el torio.

La desintegración de beta tiene un ejemplo típico: el torio-234, que en la desintegración alfa se convierte en protactinio-234, y luego de la misma manera se convierte en uranio, pero su otro isótopo número 234. Este uranio-234 nuevamente debido a la desintegración alfa se convierte en torio. , pero de otro tipo. Este torio-230 luego se convierte en radio-226, que se convierte en radón. Y en la misma secuencia, hasta el talio, solo que con diferentes transiciones beta hacia atrás. Esta desintegración beta radiactiva termina con la formación de plomo-206 estable. Esta transformación tiene la siguiente fórmula:

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

Los radionucleidos beta-activos naturales y significativos son K-40 y elementos desde el talio hasta el uranio.

Beta más decaimiento

También hay una transformación beta plus. También se llama desintegración beta de positrones. Emite una partícula llamada positrón desde el núcleo. El resultado es la transformación del elemento original en el de la izquierda, que tiene un número más bajo.

Ejemplo

Cuando ocurre la desintegración beta del electrón, el magnesio-23 se convierte en un isótopo estable de sodio. El europio-150 radiactivo se convierte en samario-150.

La reacción de desintegración beta resultante puede crear emisiones beta+ y beta-. La velocidad de escape de la partícula en ambos casos es igual a 0,9 de la velocidad de la luz.

Otras desintegraciones radiactivas

Además de reacciones como la desintegración alfa y la desintegración beta, cuya fórmula es ampliamente conocida, existen otros procesos que son más raros y más característicos de los radionucleidos artificiales.

decaimiento de neutrones. Se emite una partícula neutra de 1 unidad de masa. Durante el mismo, un isótopo se convierte en otro con un número másico más pequeño. Un ejemplo sería la conversión de litio-9 a litio-8, helio-5 a helio-4.

Cuando el isótopo estable de yodo-127 se irradia con rayos gamma, se convierte en el isótopo número 126 y adquiere radiactividad.

decaimiento de protones. Es extremadamente raro. Durante el mismo se emite un protón de carga +1 y 1 unidad de masa. El peso atómico se reduce en un valor.

Toda transformación radiactiva, en particular las desintegraciones radiactivas, va acompañada de la liberación de energía en forma de radiación gamma. Lo llaman rayos gamma. En algunos casos, se observan rayos X con menor energía.

Es una corriente de gamma quanta. Es una radiación electromagnética, más dura que los rayos X, que se usa en medicina. Como resultado, aparecen los cuantos gamma, o la energía fluye desde el núcleo atómico. La radiación de rayos X también es electromagnética, pero surge de las capas de electrones del átomo.

Rango de partículas alfa

Las partículas alfa con una masa de 4 unidades atómicas y una carga de +2 se mueven en línea recta. Debido a esto, podemos hablar de la gama de partículas alfa.

El valor de la carrera depende de la energía inicial y oscila entre 3 y 7 (a veces 13) cm en el aire. En un medio denso, es una centésima de milímetro. Tal radiación no puede penetrar una hoja de papel y la piel humana.

Debido a su propia masa y número de carga, la partícula alfa tiene el mayor poder ionizante y destruye todo a su paso. En este sentido, los radionucleidos alfa son los más peligrosos para humanos y animales cuando se exponen al cuerpo.

Poder de penetración de las partículas beta

Debido al pequeño número de masa, que es 1836 veces más pequeño que el protón, la carga negativa y el tamaño, la radiación beta tiene un efecto débil sobre la sustancia a través de la cual vuela, pero, además, el vuelo es más largo. Además, la trayectoria de la partícula no es recta. En este sentido, hablan de capacidad de penetración, que depende de la energía recibida.

Las capacidades de penetración de las partículas beta que surgieron durante la desintegración radiactiva en el aire alcanzan los 2,3 m, en líquidos se cuentan en centímetros y en sólidos, en fracciones de centímetro. Los tejidos del cuerpo humano transmiten radiación a una profundidad de 1,2 cm. Para proteger contra la radiación beta, puede servir una capa simple de agua de hasta 10 cm El flujo de partículas con una energía de descomposición suficientemente alta de 10 MeV es absorbido casi por completo por tales capas: aire - 4 m; aluminio - 2,2 cm; hierro - 7,55 mm; plomo - 5,2 mm.

Dado su pequeño tamaño, las partículas de radiación beta tienen un poder ionizante bajo en comparación con las partículas alfa. Sin embargo, cuando se ingieren, son mucho más peligrosos que durante la exposición externa.

El rendimiento de penetración más alto entre todos los tipos de radiación actualmente tiene neutrones y gamma. El alcance de estas radiaciones en el aire alcanza a veces decenas y centenas de metros, pero con índices ionizantes más bajos.

La mayoría de los isótopos de rayos gamma no superan los 1,3 MeV de energía. En raras ocasiones se alcanzan valores de 6,7 MeV. En este sentido, para protegerse contra dicha radiación, se utilizan capas de acero, hormigón y plomo para el factor de atenuación.

Por ejemplo, para atenuar diez veces la radiación gamma de cobalto, se necesita un escudo de plomo de unos 5 cm de espesor, para una atenuación de 100 veces, se requieren 9,5 cm, la protección de hormigón será de 33 y 55 cm, y el agua, de 70 y 115 cm. .

El rendimiento ionizante de los neutrones depende de su rendimiento energético.

En cualquier situación, la mejor manera de protegerse de la radiación es mantenerse lo más alejado posible de la fuente y pasar el menor tiempo posible en el área de alta radiación.

fisión atómica

Por átomos se entiende espontáneos, o bajo la influencia de neutrones, en dos partes, aproximadamente del mismo tamaño.

Estas dos partes se convierten en isótopos radiactivos de elementos de la parte principal de la tabla de elementos químicos. Comience desde el cobre hasta los lantánidos.

Durante la liberación, escapan un par de neutrones adicionales y hay un exceso de energía en forma de cuantos gamma, que es mucho mayor que durante la desintegración radiactiva. Entonces, en un acto de desintegración radiactiva, aparece un cuanto gamma, y ​​durante el acto de fisión, aparecen 8,10 cuantos gamma. Además, los fragmentos dispersos tienen una gran energía cinética, que se convierte en indicadores térmicos.

Los neutrones liberados son capaces de provocar la separación de un par de núcleos similares si se encuentran cerca y los neutrones chocan contra ellos.

En este sentido, existe la posibilidad de una ramificación, aceleración de la reacción en cadena de la separación de los núcleos atómicos y la creación de una gran cantidad de energía.

Cuando tal reacción en cadena está bajo control, puede usarse para ciertos propósitos. Por ejemplo, para calefacción o electricidad. Dichos procesos se llevan a cabo en centrales y reactores nucleares.

Si pierde el control sobre la reacción, se producirá una explosión atómica. Similar se utiliza en las armas nucleares.

En condiciones naturales, solo hay un elemento: el uranio, que tiene solo un isótopo fisionable con el número 235. Es un arma.

En un reactor atómico de uranio ordinario del uranio-238, bajo la influencia de los neutrones, forman un nuevo isótopo en el número 239, y de él, el plutonio, que es artificial y no se produce de forma natural. En este caso, el plutonio-239 resultante se utiliza con fines armamentísticos. Este proceso de fisión de los núcleos atómicos es la esencia de todas las armas y energías atómicas.

Fenómenos como la desintegración alfa y la desintegración beta, cuya fórmula se estudia en la escuela, están muy extendidos en nuestro tiempo. Gracias a estas reacciones existen centrales nucleares y muchas otras industrias basadas en la física nuclear. Sin embargo, no te olvides de la radiactividad de muchos de estos elementos. Cuando se trabaja con ellos, se requiere una protección especial y el cumplimiento de todas las precauciones. De lo contrario, puede conducir a un desastre irreparable.

decaimiento beta

Desintegración β, desintegración radiactiva de un núcleo atómico, acompañada por la salida de un electrón o positrón del núcleo. Este proceso se debe a la transformación espontánea de uno de los nucleones del núcleo en un nucleon de otro tipo, a saber: la transformación de un neutrón (n) en un protón (p), o de un protón en un neutrón. En el primer caso, un electrón (e -) sale volando del núcleo, se produce la llamada descomposición β. En el segundo caso, un positrón (e +) sale volando del núcleo: se produce la descomposición β +. Con salida en B.-r. los electrones y los positrones se conocen colectivamente como partículas beta. Las transformaciones mutuas de los nucleones van acompañadas de la aparición de otra partícula: un neutrino ( ν ) en el caso de la desintegración β+ o antineutrino A, igual al número total de nucleones en el núcleo, no cambia, y el producto del núcleo es una isóbara del núcleo original, que se encuentra junto a él a la derecha en el sistema periódico de elementos Por el contrario, durante la desintegración β +, el número de protones disminuye en uno, y el número de neutrones aumenta en uno, y se forma una isobara, situada en la vecindad a la izquierda del núcleo original. Simbólicamente, ambos procesos de B.-r. se escriben de la siguiente forma:

donde -Z neutrones.

El ejemplo más simple de (β - -decaimiento) es la transformación de un neutrón libre en un protón con la emisión de un electrón y un antineutrino (vida media del neutrón ≈ 13 min):

Un ejemplo más complejo (β - decaimiento - el decaimiento de un isótopo pesado de hidrógeno - tritio, que consta de dos neutrones (n) y un protón (p):

Es obvio que este proceso se reduce a β - decaimiento de un neutrón unido (nuclear). En este caso, el núcleo de tritio β-radiactivo se convierte en el núcleo del siguiente elemento en la tabla periódica: el núcleo del isótopo ligero de helio 3 2 He.

Un ejemplo de desintegración β+ es la desintegración del isótopo de carbono 11 C según el siguiente esquema:

La transformación de un protón en un neutrón dentro del núcleo también puede ocurrir como resultado de la captura por parte del protón de uno de los electrones de la capa electrónica del átomo. Muy a menudo, la captura de electrones ocurre

B.-r. observado tanto en isótopos naturalmente radiactivos como artificialmente radiactivos. Para que un núcleo sea inestable con respecto a uno de los tipos de transformación β (es decir, podría sufrir una B.-r.), la suma de las masas de las partículas en el lado izquierdo de la ecuación de reacción debe ser mayor que la suma de las masas de los productos de transformación. Por lo tanto en B. - río. se libera energía. Energía de B. - río. miβ se puede calcular a partir de esta diferencia de masa usando la relación mi = mc2, donde con - velocidad de la luz en el vacío. En el caso de la desintegración β

donde m- masas de átomos neutros. En el caso de la desintegración β+, un átomo neutro pierde uno de los electrones de su capa, la energía del B.-r. es igual a:

donde me- la masa de un electrón.

Energía de B. - río. distribuidos en tres partículas: un electrón (o positrón), un antineutrino (o neutrino) y un núcleo; cada una de las partículas de luz puede transportar casi cualquier energía de 0 a E β, es decir, sus espectros de energía son continuos. Es solo en la captura K que el neutrino siempre se lleva la misma energía.

Entonces, durante la desintegración β -, la masa del átomo inicial excede la masa del átomo final, y durante la desintegración β +, este exceso es de al menos dos masas de electrones.

Investigación de B. - río. núcleos ha presentado repetidamente a los científicos misterios inesperados. Después del descubrimiento de la radiactividad, fenómeno de B. - río. se ha considerado durante mucho tiempo como un argumento a favor de la presencia de electrones en los núcleos atómicos; esta suposición resultó estar en clara contradicción con la mecánica cuántica (ver núcleo atómico). Entonces, la inconstancia de la energía de los electrones emitidos durante B.-r., incluso dio lugar a la incredulidad en la ley de conservación de la energía entre algunos físicos, ya que. se sabía que los núcleos en estados con una energía bien definida participan en esta transformación. La energía máxima de los electrones que escapan del núcleo es exactamente igual a la diferencia entre las energías de los núcleos inicial y final. Pero en este caso, no estaba claro dónde desaparece la energía si los electrones emitidos llevan menos energía. La suposición del científico alemán W. Pauli sobre la existencia de una nueva partícula, el neutrino, salvó no solo la ley de conservación de la energía, sino también otra ley importante de la física: la ley de conservación del momento angular. Dado que los giros (es decir, los momentos propios) del neutrón y el protón son iguales a 1 / 2, entonces, para preservar el giro en el lado derecho de B.-r. solo puede haber un número impar de partículas con espín 1/2. En particular, en el caso de β - decaimiento de un neutrón libre n → p + e - + ν, solo la aparición de un antineutrino excluye la violación de la ley de conservación del momento.

B.-r. ocurre en elementos de todas las partes del sistema periódico. La tendencia a la transformación β surge debido a la presencia de un exceso de neutrones o protones en un número de isótopos en comparación con la cantidad que corresponde a la máxima estabilidad. Así, la tendencia a la desintegración β+ oa la captura de K es característica de los isótopos deficientes en neutrones, y la tendencia a la desintegración β- es característica de los isótopos ricos en neutrones. Se conocen alrededor de 1500 isótopos radiactivos β de todos los elementos de la tabla periódica, excepto los más pesados ​​(Z ≥ 102).

Energía de B. - río. Los isótopos actualmente conocidos van desde

las vidas medias están en un amplio rango de 1.3 10 -2 segundo(12 N) a desintegración Beta 2 10 13 años (isótopo radiactivo natural 180 W).

En el futuro, el estudio de B. - río. llevó repetidamente a los físicos al colapso de viejas ideas. Se estableció que B. - río. gobiernan fuerzas de una naturaleza enteramente nueva. A pesar del largo período transcurrido desde el descubrimiento de B.-r., la naturaleza de la interacción que provoca B.-r. no ha sido completamente estudiada. Esta interacción se llamó "débil", porque. es 10 12 veces más débil que la nuclear y 10 9 veces más débil que la electromagnética (sólo supera a la interacción gravitacional; ver Interacciones Débiles). La interacción débil es inherente a todas las partículas elementales (Ver partículas elementales) (excepto el fotón). Pasó casi medio siglo antes de que los físicos descubrieran que en B.-r. la simetría entre "derecha" e "izquierda" se puede romper. Esta no conservación de la paridad se ha atribuido a las propiedades de las interacciones débiles.

B. está estudiando - río. También tenía otro aspecto importante. El tiempo de vida del núcleo relativo a B.-r. y la forma del espectro de las partículas β depende de los estados en los que el nucleón inicial y el nucleón producto se encuentran dentro del núcleo. Por lo tanto, el estudio de B.-r., además de la información sobre la naturaleza y las propiedades de las interacciones débiles, amplió significativamente la comprensión de la estructura de los núcleos atómicos.

Probabilidad de B. - río. depende esencialmente de qué tan cerca estén entre sí los estados de los nucleones en los núcleos inicial y final. Si el estado del nucleón no cambia (el nucleón parece permanecer en el mismo lugar), entonces la probabilidad es máxima y se considera permitida la transición correspondiente del estado inicial al final. Tales transiciones son características para B. - río. núcleos ligeros. Los núcleos ligeros contienen casi el mismo número de neutrones y protones. Los núcleos más pesados ​​tienen más neutrones que protones. Los estados de los nucleones de diferentes tipos son esencialmente diferentes entre sí. Complica B. - río; hay unas transiciones, en que B. - el rio. sucede con una baja probabilidad. La transición también se ve obstaculizada por la necesidad de cambiar el giro del núcleo. Tales transiciones se llaman prohibidas. La naturaleza de la transición también afecta la forma del espectro de energía de las partículas β.

Se lleva a cabo un estudio experimental de la distribución de energía de los electrones emitidos por los núcleos β-radiactivos (espectro beta) utilizando un espectrómetro Beta. Ejemplos de espectros β se muestran en arroz. uno y arroz. 2 .

Iluminado.: Espectroscopia alfa, beta y gamma, ed. K. Zigbana, trad. del inglés, c. 4, M., 1969, cap. 22-24; Física Nuclear Experimental, ed. E. Segre, trad. del inglés, volumen 3, M., 1961.

E. M. Leikin.

Espectro beta del neutrón. La cinética se representa en el eje x. energía electrónica E en kev, en el eje y: el número de electrones N (E) en unidades relativas (las líneas verticales indican los límites de errores de medición de electrones con una energía dada).

Gran enciclopedia soviética. - M.: Enciclopedia soviética. 1969-1978 .

Vea qué es "Decaimiento beta" en otros diccionarios:

Desintegración beta, transformaciones radiactivas de los núcleos atómicos, en el proceso de rxx, los núcleos emiten electrones y antineutrinos (desintegración beta) o positrones y neutrinos (desintegración beta+). Con salida en B. p. electrones y positrones tienen un nombre común. partículas beta. En… … Gran diccionario politécnico enciclopédico

Enciclopedia moderna

decaimiento beta- (b decaimiento), un tipo de radiactividad en la que un núcleo en descomposición emite electrones o positrones. En la desintegración beta electrónica (b), un neutrón (intranuclear o libre) se convierte en un protón con la emisión de un electrón y un antineutrino (ver ... ... Diccionario Enciclopédico Ilustrado

decaimiento beta- (desintegración β) transformaciones radiactivas de los núcleos atómicos, durante las cuales los núcleos emiten electrones y antineutrinos (desintegración β) o positrones y neutrinos (desintegración β+). Con salida en B. p. los electrones y los positrones se denominan colectivamente partículas beta (partículas β)... Enciclopedia rusa de protección laboral.

- (b decadencia). transformaciones espontáneas (espontáneas) de un neutrón n en un protón p y un protón en un neutrón dentro de un átomo. núcleos (así como la transformación en un protón de un neutrón libre), acompañada de la emisión de un electrón en e o un positrón e + y antineutrinos electrónicos ... ... Enciclopedia Física

Transformaciones espontáneas de un neutrón en protón y de un protón en neutrón en el interior del núcleo atómico, así como la transformación de un neutrón libre en protón, acompañada de la emisión de un electrón o positrón y un neutrino o antineutrino. doble desintegración beta… … Términos de energía nuclear

- (ver beta) transformación radiactiva del núcleo atómico, en la que se emiten un electrón y un antineutrino o un positrón y un neutrino; en la desintegración beta, la carga eléctrica del núcleo atómico cambia en uno, el número de masa no cambia. Nuevo diccionario... ... Diccionario de palabras extranjeras del idioma ruso.

decaimiento beta- rayos beta, desintegración beta, partículas beta. La primera parte se pronuncia [beta]... Diccionario de dificultades de pronunciación y acentuación en ruso moderno

Exist., Número de sinónimos: 1 decaimiento (28) Diccionario de sinónimos ASIS. VN Trishin. 2013... Diccionario de sinónimos

Decaimiento beta, decaimiento beta... Diccionario de ortografía

DECAIMIENTO BETA- (desintegración ß) transformación radiactiva del núcleo atómico (interacción débil), en la que se emiten un electrón y un antineutrino o un positrón y un neutrino; en B. r. la carga eléctrica del núcleo atómico cambia en uno, la masa (ver) no cambia ... Gran Enciclopedia Politécnica

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