I atomkärnors alfasönderfall, masstalet. Vad är alfa-sönderfall och beta-sönderfall? Beta-sönderfall, alfa-sönderfall: formler och reaktioner. Element föremål för alfasönderfall

Enligt moderna kemiska begrepp är ett grundämne en typ av atomer med samma kärnladdning, vilket återspeglas i grundämnets ordningsnummer i tabellen över D.I. Mendelejev. Isotoper kan skilja sig åt i antalet neutroner och följaktligen i atommassa, men eftersom antalet positivt laddade partiklar - protoner - är detsamma, är det viktigt att förstå att vi talar om samma grundämne.

En proton har en massa på 1,0073 amu. (atommassaenheter) och laddning +1. Enheten för elektrisk laddning är laddningen av en elektron. Massan av en elektriskt neutral neutron är 1,0087 amu. För att beteckna en isotop är det nödvändigt att ange dess atommassa, som är summan av alla protoner och neutroner, och kärnans laddning (antalet protoner eller, motsvarande serienumret). Atommassan, även kallad nukleonnumret eller nukleonet, skrivs vanligtvis uppe till vänster på elementsymbolen och serienumret längst ner till vänster.

En liknande notation används för elementarpartiklar. Så, β-strålar, som är elektroner och har en försumbar massa, tilldelas en laddning på -1 (botten) och ett massatal 0 (överst). α-partiklar är positiva dubbelladdade heliumjoner, därför betecknas de med symbolen "He" med en kärnladdning på 2 och ett masstal på 4. De relativa protonmassorna p n tas som 1, och deras laddningar är resp. 1 och 0.

Isotoper av element har vanligtvis inte separata namn. Det enda undantaget är väte: dess isotop med masstalet 1 är protium, 2 är deuterium och 3 är tritium. Införandet av speciella namn beror på att väteisotoper skiljer sig så mycket som möjligt från varandra i massa.

Isotoper: stabila och radioaktiva

Isotoper är stabila och radioaktiva. De förra genomgår inte förfall, därför bevaras de i naturen i sin ursprungliga form. Exempel på stabila isotoper är syre med en atommassa av 16, kol med en atommassa av 12 och fluor med en atommassa av 19. De flesta naturliga grundämnen är en blandning av flera stabila isotoper.

Typer av radioaktivt sönderfall

Radioaktiva isotoper, naturliga och konstgjorda, sönderfaller spontant med emission av α- eller β-partiklar för att bilda en stabil isotop.

De talar om tre typer av spontana kärntransformationer: α-sönderfall, β-sönderfall och γ-sönderfall. Under α-sönderfall avger kärnan en α-partikel, bestående av två protoner och två neutroner, som ett resultat av vilket massatalet för isotopen minskar med 4, och kärnans laddning minskar med 2. Till exempel radium sönderfaller till radon och en heliumjon:

Ra(226,88)→Rn(222,86)+He(4,2).

I fallet med β-sönderfall förvandlas en neutron i en instabil kärna till en proton, och kärnan avger en β-partikel och en antineutrino. Massantalet för isotopen förändras inte, men kärnans laddning ökar med 1.

Under γ-sönderfall sänder den exciterade kärnan ut γ-strålning med en liten våglängd. I detta fall minskar kärnans energi, men kärnans laddning och masstalet förblir oförändrade.

1. KÄRNSFYSIK 1.4. β-sönderfall

Typer och egenskaper hos beta-förfall. Delar av teorin om beta-förfall. Radioaktiva familjer

beta-förfall kärna är processen för spontan omvandling av en instabil kärna till en isobar kärna som ett resultat av emission av en elektron (positron) eller infångning av en elektron. Cirka 900 beta-radioaktiva kärnor är kända. Av dessa är endast 20 naturliga, resten erhålls på konstgjord väg.
Typer och egenskaper hos beta-förfall

Det finns tre typer β - förfall: elektronisk β – förfall, positron β + -sönderfall och elektroninfångning( e-fånga). Den första är den huvudsakliga.

På elektronisk β – -förfall en av neutronerna i kärnan förvandlas till en proton med emission av en elektron och en elektron antineutrino.

Exempel: sönderfall av en fri neutron

, T 1/2 = 11,7 min;

tritiumsönderfall

, T 1/2 = 12 år gammal.

På positron β + -förfall en av kärnans protoner förvandlas till en neutron med emission av en positivt laddad elektron (positron) och en elektronneutrino

. (1.41b)

Exempel

Från en jämförelse av halveringstiderna för familjernas förfäder med jordens geologiska livslängd (4,5 miljarder år) kan man se att nästan allt torium-232 finns bevarat i jordens substans, uran-238 har sönderfallit med ungefär hälften, uran-235 - för det mesta är neptunium-237 praktiskt taget allt.

Tunga jonackumulatorer öppnar för fundamentalt nya möjligheter för att studera egenskaperna hos exotiska kärnor. I synnerhet gör de det möjligt att ackumulera och använda under lång tid fullständigt joniserade atomer - "bara" kärnor. Som ett resultat blir det möjligt att studera egenskaperna hos atomkärnor som inte har någon elektronisk miljö och där det inte finns någon Coulomb-effekt av det yttre elektronskalet med atomkärnan.

Ris. 3.2 Schema för e-infångning i en isotop (vänster) och helt joniserade atomer och (höger)

En atoms sönderfall till ett bundet tillstånd upptäcktes först 1992. β - sönderfallet av en helt joniserad atom till bundna atomtillstånd observerades. 163 Dy-kärnan på N-Z-diagrammet för atomkärnor är markerad med svart. Det betyder att det är en stabil kärna. Eftersom kärnan 163 Dy är en del av en neutral atom är den stabil. Dess grundtillstånd (5/2+) kan befolkas som ett resultat av e-capture från grundtillståndet (7/2+) för 163 Ho-kärnan. 163 Ho-kärnan omgiven av ett elektronskal är β - -radioaktiv och dess halveringstid är ~10 4 år. Detta är dock sant endast om vi betraktar kärnan omgiven av ett elektronskal. För helt joniserade atomer är bilden fundamentalt annorlunda. Nu visar sig grundtillståndet för 163 Dy-kärnan vara högre i energi än grundtillståndet för 163 Ho-kärnan och möjligheten öppnar sig för sönderfallet av 163 Dy (Fig. 3.2).

Elektronen som bildas som ett resultat av sönderfall kan fångas på det lediga K- eller L-skalet av jonen. Som ett resultat har förfall (3.8) formen

→ + e - + e (i bundet tillstånd).

Energierna för β-sönderfall till K- och L-skal är (50,3±1) keV respektive (1,7±1) keV. För att observera sönderfallet till bundna tillstånd av K- och L-skalen i ESR-lagringsringen, ackumulerades 10 8 helt joniserade kärnor vid GSI. Under ackumuleringstiden, som ett resultat av β + -sönderfall, bildades kärnor (Fig. 3.3).

Ris. 3.3. Jonackumuleringsdynamik: a - ström av Dy 66+-joner ackumulerade i ESR-lagringsringen under olika stadier av experimentet, β - intensiteter av Dy 66+- och Ho 67+-joner, uppmätt av externa respektive interna positionskänsliga detektorer

Eftersom Ho 66+-jonerna har praktiskt taget samma M/q-förhållande som Dy 66+-jonerna i primärstrålen, ackumuleras de i samma omloppsbana. Ackumuleringstiden var ~30 min. För att mäta halveringstiden för Dy 66+ kärnan måste strålen som ackumulerats i omloppsbana renas från blandningen av Ho 66+ joner. För att rengöra strålen från joner injicerades en argongasstråle med en densitet av 6·1012 atom/cm2 och en diameter på 3 mm i kammaren, som korsade den ackumulerade jonstrålen i vertikal riktning. På grund av det faktum att Ho 66+-joner fångade elektroner, föll de ur jämviktsbanan. Balken rengjordes i cirka 500 s. Därefter blockerades gasstrålen och Dy 66+-jonerna och de nybildade (efter att gasstrålen stängdes av) Ho 66+-jonerna till följd av sönderfall fortsatte att cirkulera i ringen. Längden på detta steg varierade från 10 till 85 minuter. Detekteringen och identifieringen av Ho 66+ baserades på det faktum att Ho 66+ kan joniseras ytterligare. För att göra detta, i det sista steget, injicerades återigen en gasstråle i lagringsringen. Den sista elektronen avlägsnades från 163 Ho 66+-jonen och som ett resultat erhölls 163 Ho 67+-jonen. En positionskänslig detektor var placerad nära gasstrålen, som registrerade de 163 Ho 67+ joner som lämnade strålen. På fig. 3.4 visar beroendet av antalet 163 Ho-kärnor som bildas som ett resultat av β-sönderfall på ackumuleringstiden. Insatsen visar den rumsliga upplösningen för den positionskänsliga detektorn.
Således bevisade ackumuleringen av 163 Ho-kärnor i 163 Dy-strålen möjligheten av sönderfallet

→ + e - + e (i bundet tillstånd).

Ris. 3.4. Förhållandet dotterjoner 163 Ho 66+ till primära joner 163 Dy 66+ beroende på ackumuleringstid. Insatsen visar 163 Ho 67+-toppen som registrerats av den interna detektorn.

Genom att variera tidsintervallet mellan rengöringen av strålen från Ho 66+-föroreningen och tidpunkten för detektering av nybildade Ho 66+-joner i föroreningsstrålen kan man mäta halveringstiden för den heljoniserade Dy 66+-isotopen. Det visade sig vara ~0,1 år.
Ett liknande sönderfall hittades också för 187 Re 75+. Det erhållna resultatet är oerhört viktigt för astrofysik. Faktum är att neutrala 187 Re-atomer har en halveringstid på 4·10 10 år och används som radioaktiva klockor. Halveringstiden för 187 Re 75+ är endast 33 ± 2 år. Därför måste lämpliga korrigeringar göras i astrofysiska mätningar, eftersom i stjärnor är 187 Re oftast i joniserat tillstånd.
Studiet av egenskaperna hos helt joniserade atomer öppnar upp för en ny linje av forskning om de exotiska egenskaperna hos kärnor som saknar Coulomb-effekten från det yttre elektronskalet.

Alfa- och betastrålning kallas allmänt för radioaktiva sönderfall. Detta är en process som är ett utsläpp från kärnan, som sker med en enorm hastighet. Som ett resultat kan en atom eller dess isotop förändras från ett kemiskt element till ett annat. Alfa- och beta-sönderfall av kärnor är karakteristiska för instabila element. Dessa inkluderar alla atomer med ett laddningstal större än 83 och ett masstal större än 209.

Reaktionsförhållanden

Sönderfall är, liksom andra radioaktiva omvandlingar, naturligt och konstgjort. Det senare uppstår på grund av att någon främmande partikel tränger in i kärnan. Hur mycket alfa- och beta-sönderfall en atom kan genomgå beror bara på hur snart ett stabilt tillstånd uppnås.

Under naturliga omständigheter inträffar alfa- och beta-minus-förfall.

Under artificiella förhållanden förekommer neutroner, positroner, protoner och andra sällsynta typer av sönderfall och transformationer av kärnor.

Dessa namn gavs av de som studerade radioaktiv strålning.

Skillnaden mellan stabil och instabil kärna

Förmågan att sönderfalla beror direkt på atomens tillstånd. Den så kallade "stabila" eller icke-radioaktiva kärnan är karakteristisk för atomer som inte sönderfaller. I teorin kan sådana element observeras i all oändlighet för att slutligen bli övertygad om deras stabilitet. Detta krävs för att separera sådana kärnor från instabila, som har en extremt lång halveringstid.

Av misstag kan en sådan "bromsad" atom misstas för en stabil. Men tellur, och mer specifikt, dess isotop nummer 128, som har 2,2·10 24 år, kan vara ett slående exempel. Detta fall är inte isolerat. Lantan-138 har en halveringstid på 10 11 år. Denna period är trettio gånger äldre än det existerande universum.

Kärnan i radioaktivt sönderfall

Denna process är slumpmässig. Varje sönderfallande radionuklid får en hastighet som är konstant för varje fall. Nedbrytningshastigheten kan inte förändras under påverkan av yttre faktorer. Det spelar ingen roll om en reaktion kommer att inträffa under påverkan av en enorm gravitationskraft, vid absoluta nollpunkten, i ett elektriskt och magnetiskt fält, under någon kemisk reaktion, och så vidare. Processen kan endast påverkas av direkt påverkan på det inre av atomkärnan, vilket är praktiskt taget omöjligt. Reaktionen är spontan och beror endast på atomen i vilken den fortskrider och dess inre tillstånd.

När man refererar till radioaktiva sönderfall används ofta termen "radionuklid". De som inte är bekanta med det bör veta att detta ord syftar på en grupp atomer som har radioaktiva egenskaper, sitt eget massnummer, atomnummer och energistatus.

Olika radionuklider används inom tekniska, vetenskapliga och andra områden av mänskligt liv. Till exempel, inom medicin, används dessa element för att diagnostisera sjukdomar, bearbeta läkemedel, verktyg och andra föremål. Det finns till och med ett antal terapeutiska och prognostiska radiopreparat.

Lika viktigt är bestämningen av isotopen. Detta ord syftar på en speciell sorts atomer. De har samma atomnummer som ett vanligt grundämne, men ett annat massnummer. Denna skillnad orsakas av antalet neutroner, som inte påverkar laddningen, som protoner och elektroner, utan ändrar deras massa. Enkelt väte har till exempel så många som 3. Detta är det enda grundämnet vars isotoper har fått namn: deuterium, tritium (det enda radioaktiva) och protium. I andra fall ges namnen i enlighet med atommassorna och huvudelementet.

Alfa förfall

Detta är en sorts radioaktiv reaktion. Det är typiskt för naturliga grundämnen från den sjätte och sjunde perioden i det periodiska systemet för kemiska grundämnen. Speciellt för konstgjorda eller transuranelement.

Element föremål för alfasönderfall

Metallerna som kännetecknas av detta sönderfall inkluderar torium, uran och andra grundämnen från den sjätte och sjunde perioden från det periodiska systemet för kemiska grundämnen, räknat från vismut. Isotoper från de tunga grundämnena utsätts också för processen.

Vad händer under en reaktion?

Vid alfasönderfall emitteras partiklar från kärnan, bestående av 2 protoner och ett par neutroner. Den emitterade partikeln i sig är kärnan i en heliumatom, med en massa på 4 enheter och en laddning på +2.

Som ett resultat visas ett nytt element, som ligger två celler till vänster om originalet i det periodiska systemet. Detta arrangemang bestäms av det faktum att den ursprungliga atomen har förlorat 2 protoner och tillsammans med den - den initiala laddningen. Som ett resultat reduceras massan av den resulterande isotopen med 4 massenheter jämfört med initialtillståndet.

Exempel

Under detta sönderfall bildas torium från uran. Från torium kommer radium, från det kommer radon, som så småningom ger polonium, och slutligen bly. I denna process bildas isotoper av dessa element, och inte de själva. Så det visar sig uran-238, torium-234, radium-230, radon-236 och så vidare, upp till utseendet av ett stabilt element. Formeln för en sådan reaktion är följande:

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

Hastigheten för en isolerad alfapartikel vid emissionsögonblicket är från 12 000 till 20 000 km/sek. Att vara i ett vakuum skulle en sådan partikel cirkla runt jordklotet på 2 sekunder och röra sig längs ekvatorn.

beta-förfall

Skillnaden mellan denna partikel och en elektron ligger i platsen för utseendet. Beta-sönderfall sker i en atoms kärna, inte i elektronskalet som omger den. Den vanligaste av alla befintliga radioaktiva omvandlingar. Det kan observeras i nästan alla för närvarande existerande kemiska element. Av detta följer att varje grundämne har minst en isotop som är föremål för sönderfall. I de flesta fall resulterar beta-förfall i beta-minus-förfall.

Reaktionens framsteg

I denna process stöts en elektron ut från kärnan, som har uppstått på grund av den spontana omvandlingen av en neutron till en elektron och en proton. I det här fallet, på grund av den större massan, stannar protoner kvar i kärnan, och elektronen, som kallas beta-minus-partikeln, lämnar atomen. Och eftersom det finns fler protoner per enhet ändras själva grundämnets kärna uppåt och ligger till höger om den ursprungliga i det periodiska systemet.

Exempel

Nedfallet av beta med kalium-40 gör det till en isotop av kalcium, som ligger till höger. Radioaktivt kalcium-47 blir scandium-47, som kan förvandlas till stabilt titan-47. Hur ser detta beta-förfall ut? Formel:

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

Utrymningshastigheten för en beta-partikel är 0,9 gånger ljusets hastighet, vilket är 270 000 km/sek.

Det finns inte för många beta-aktiva nuklider i naturen. Det finns väldigt få betydande. Ett exempel är kalium-40, som bara är 119/10 000 i en naturlig blandning. Bland de betydande naturliga beta-minus aktiva radionuklider finns också produkter av alfa- och betasönderfall av uran och torium.

Nedfallet av beta har ett typiskt exempel: torium-234, som i alfasönderfall förvandlas till protactinium-234, och sedan på samma sätt blir uran, men dess andra isotop nummer 234. Detta uran-234 återigen på grund av alfasönderfall blir torium , men en annan typ av det. Detta torium-230 blir sedan radium-226, som förvandlas till radon. Och i samma sekvens, upp till tallium, bara med olika betaövergångar tillbaka. Detta radioaktiva betasönderfall slutar med bildandet av stabilt bly-206. Denna transformation har följande formel:

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

Naturliga och signifikanta beta-aktiva radionuklider är K-40 och grundämnen från tallium till uran.

Beta plus förfall

Det finns också en beta plus-transformation. Det kallas också positron beta-sönderfall. Den avger en partikel som kallas en positron från kärnan. Resultatet är omvandlingen av det ursprungliga elementet till det till vänster, som har ett lägre nummer.

Exempel

När elektronbeta-sönderfall inträffar blir magnesium-23 en stabil isotop av natrium. Radioaktivt europium-150 blir samarium-150.

Den resulterande beta-sönderfallsreaktionen kan skapa beta+ och beta-utsläpp. Partikelns flykthastighet är i båda fallen lika med 0,9 av ljusets hastighet.

Andra radioaktiva sönderfall

Förutom sådana reaktioner som alfa-sönderfall och beta-sönderfall, vars formel är allmänt känd, finns det andra processer som är sällsynta och mer karakteristiska för artificiella radionuklider.

neutronsönderfall. En neutral partikel på 1 massenhet emitteras. Under den förvandlas en isotop till en annan med ett mindre masstal. Ett exempel skulle vara omvandlingen av litium-9 till litium-8, helium-5 till helium-4.

När den stabila isotopen av jod-127 bestrålas med gammastrålar, blir den isotop nummer 126 och får radioaktivitet.

protonsönderfall. Det är extremt sällsynt. Under den emitteras en proton med en laddning på +1 och 1 massaenhet. Atomvikten blir mindre med ett värde.

All radioaktiv omvandling, i synnerhet radioaktiva sönderfall, åtföljs av frigöring av energi i form av gammastrålning. De kallar det gammastrålar. I vissa fall observeras röntgenstrålar med lägre energi.

Det är en ström av gammakvanta. Det är elektromagnetisk strålning, hårdare än röntgen, som används inom medicin. Som ett resultat uppstår gammakvanta eller energi flödar från atomkärnan. Röntgenstrålning är också elektromagnetisk, men uppstår från atomens elektronskal.

Alfapartikelintervall

Alfa-partiklar med en massa på 4 atomenheter och en laddning på +2 rör sig i en rät linje. På grund av detta kan vi prata om utbudet av alfapartiklar.

Värdet på körningen beror på den initiala energin och sträcker sig från 3 till 7 (ibland 13) cm i luften. I ett tätt medium är det en hundradels millimeter. Sådan strålning kan inte penetrera ett pappersark och mänsklig hud.

På grund av sin egen massa och laddningsnummer har alfapartikeln den högsta joniserande kraften och förstör allt i sin väg. I detta avseende är alfa-radionuklider de farligaste för människor och djur när de utsätts för kroppen.

Penetrerande kraft hos beta-partiklar

På grund av det lilla masstalet, som är 1836 gånger mindre än protonen, den negativa laddningen och storleken, har betastrålning en svag effekt på det ämne som den flyger igenom, men dessutom är flygningen längre. Även partikelns väg är inte rak. I detta avseende talar de om penetrerande förmåga, vilket beror på den mottagna energin.

De penetrerande förmågorna hos beta-partiklar som uppstod under radioaktivt sönderfall i luft når 2,3 m, i vätskor räknas de i centimeter och i fasta ämnen - i bråkdelar av en centimeter. Människokroppens vävnader överför strålning till ett djup av 1,2 cm. För att skydda mot beta-strålning kan ett enkelt lager vatten upp till 10 cm tjäna.Flödet av partiklar med en tillräckligt hög sönderfallsenergi på 10 MeV absorberas nästan helt av sådana lager: luft - 4 m; aluminium - 2,2 cm; järn - 7,55 mm; bly - 5,2 mm.

Med tanke på sin lilla storlek har betastrålningspartiklar en låg joniserande kraft jämfört med alfapartiklar. Men när de förtärs är de mycket farligare än vid extern exponering.

Den högsta penetrerande prestandan bland alla typer av strålning har för närvarande neutron och gamma. Räckvidden för dessa strålningar i luften når ibland tiotals och hundratals meter, men med lägre joniserande index.

De flesta isotoper av gammastrålar överstiger inte 1,3 MeV i energi. Sällan nås värden på 6,7 MeV. I detta avseende, för att skydda mot sådan strålning, används lager av stål, betong och bly för dämpningsfaktorn.

Till exempel, för att dämpa kobolt-gammastrålningen tiofaldigt, behövs en blysköld ca 5 cm tjock, för en 100-faldig dämpning krävs 9,5 cm Betongskyddet blir 33 och 55 cm och vatten - 70 och 115 cm .

Neutronernas joniserande prestanda beror på deras energiprestanda.

I alla situationer är det bästa sättet att skydda mot strålning att hålla sig så långt borta från källan som möjligt och tillbringa så lite tid som möjligt i området med hög strålning.

atomklyvning

Med atomer menas spontant, eller under inverkan av neutroner, i två delar, ungefär lika stora.

Dessa två delar blir radioaktiva isotoper av grundämnen från huvuddelen av tabellen över kemiska grundämnen. Börja från koppar till lantanider.

Vid utsläppet kommer ett par extra neutroner ut och det uppstår ett energiöverskott i form av gammakvanta som är mycket större än vid radioaktivt sönderfall. Så, i en handling av radioaktivt sönderfall, uppträder en gammakvanta, och under fissionsakten uppträder 8,10 gammakvanta. Dessutom har spridda fragment en stor kinetisk energi, som förvandlas till termiska indikatorer.

De frigjorda neutronerna kan framkalla separation av ett par liknande kärnor om de finns i närheten och neutronerna träffar dem.

I detta avseende finns det en möjlighet till en förgrenad, accelererande kedjereaktion av separationen av atomkärnor och skapandet av en stor mängd energi.

När en sådan kedjereaktion är under kontroll kan den användas för vissa ändamål. Till exempel för värme eller el. Sådana processer utförs vid kärnkraftverk och reaktorer.

Om du tappar kontrollen över reaktionen kommer en atomexplosion att inträffa. Liknande används i kärnvapen.

Under naturliga förhållanden finns det bara ett grundämne - uran, som bara har en klyvbar isotop med siffran 235. Det är ett vapen.

I en vanlig urankärnreaktor, från uran-238, under inverkan av neutroner, bildar de en ny isotop vid nummer 239, och från den - plutonium, som är artificiellt och inte förekommer naturligt. I det här fallet används den resulterande plutonium-239 för vapenändamål. Denna process av klyvning av atomkärnor är kärnan i alla atomvapen och energi.

Fenomen som alfasönderfall och beta-sönderfall, vars formel studeras i skolan, är utbredda i vår tid. Tack vare dessa reaktioner finns det kärnkraftverk och många andra industrier baserade på kärnfysik. Men glöm inte radioaktiviteten hos många av dessa grundämnen. När du arbetar med dem krävs särskilt skydd och efterlevnad av alla försiktighetsåtgärder. Annars kan det leda till en irreparabel katastrof.

beta-förfall

β-sönderfall, radioaktivt sönderfall av en atomkärna, åtföljt av avgången av en elektron eller positron från kärnan. Denna process beror på den spontana omvandlingen av en av kärnans nukleoner till en nukleon av ett annat slag, nämligen: omvandlingen av antingen en neutron (n) till en proton (p), eller en proton till en neutron. I det första fallet flyger en elektron (e -) ut ur kärnan - det så kallade β - sönderfallet inträffar. I det andra fallet flyger en positron (e +) ut ur kärnan - β + sönderfall inträffar. Avgår vid B.-r. elektroner och positroner kallas gemensamt för beta-partiklar. Ömsesidiga transformationer av nukleoner åtföljs av uppkomsten av en annan partikel - en neutrino ( ν ) i fallet med β+-sönderfall eller antineutrino A, lika med det totala antalet nukleoner i kärnan, förändras inte, och kärnprodukten är en isobar av den ursprungliga kärnan, som står bredvid den till höger i det periodiska systemet av element. Tvärtom, under β + -sönderfall, minskar antalet protoner med en, och antalet neutroner ökar med en, och en isobar bildas, som står i grannskapet till vänster om den ursprungliga kärnan. Symboliskt är båda processerna av B.-r. skrivs i följande form:

där -Z neutroner.

Det enklaste exemplet på (β - -sönderfall är omvandlingen av en fri neutron till en proton med emission av en elektron och en antineutrino (neutronhalveringstid ≈ 13) min):

Ett mer komplext exempel (β - sönderfall - sönderfallet av en tung isotop av väte - tritium, bestående av två neutroner (n) och en proton (p):

Det är uppenbart att denna process reduceras till β - sönderfall av en bunden (nukleär) neutron. I det här fallet förvandlas den β-radioaktiva tritiumkärnan till kärnan av nästa element i det periodiska systemet - kärnan i den lätta heliumisotopen 3 2 He.

Ett exempel på β + sönderfall är sönderfallet av kolisotopen 11 C enligt följande schema:

Omvandlingen av en proton till en neutron inuti kärnan kan också ske som ett resultat av att protonen fångar en av elektronerna från atomens elektronskal. Oftast sker elektroninfångning

B.-r. observeras i både naturligt radioaktiva och artificiellt radioaktiva isotoper. För att en kärna ska vara instabil med avseende på en av typerna av β-transformation (det vill säga den skulle kunna genomgå en B.-r.), summan av massorna av partiklarna på vänstra sidan av reaktionsekvationen måste vara större än summan av massorna av transformationsprodukterna. Därför vid B. - flod. energi frigörs. B:s energi - flod. Eβ kan beräknas från denna massskillnad med hjälp av relationen E = mc2, var med - ljusets hastighet i vakuum. Vid β-sönderfall

var M - massor av neutrala atomer. I fallet med β+-sönderfall förlorar en neutral atom en av elektronerna i sitt skal, energin från B.-r. är lika med:

var mig- massan av en elektron.

B:s energi - flod. fördelade på tre partiklar: en elektron (eller positron), en antineutrino (eller neutrino) och en kärna; var och en av ljuspartiklarna kan bära bort nästan vilken energi som helst från 0 till E β, dvs deras energispektra är kontinuerliga. Det är bara i K-capture som neutrinon alltid bär bort samma energi.

Så i β - -sönderfall överstiger massan av den initiala atomen massan av den slutliga atomen, och i β + -sönderfall är detta överskott minst två elektronmassor.

B:s forskning - flod. kärnor har upprepade gånger presenterat forskare med oväntade mysterier. Efter upptäckten av radioaktivitet, B:s fenomen - flod. har länge ansetts som ett argument för förekomsten av elektroner i atomkärnor; detta antagande visade sig stå i klar motsägelse med kvantmekaniken (se atomkärnan). Sedan, inkonstantiteten i energin hos elektronerna som emitterades under B.-r., gav till och med upphov till misstro i lagen om energibevarande bland vissa fysiker, sedan. det var känt att kärnor i tillstånd med en väldefinierad energi deltar i denna omvandling. Den maximala energin för elektroner som flyr från kärnan är exakt lika med skillnaden mellan energierna för de initiala och slutliga kärnorna. Men i det här fallet var det inte klart var energin försvinner om de emitterade elektronerna bär på mindre energi. Den tyske forskaren W. Paulis antagande om existensen av en ny partikel - neutrinon - räddade inte bara lagen om energibevarande, utan också en annan viktig fysiklag - lagen om bevarande av rörelsemängd. Eftersom snurrarna (dvs. korrekta moment) för neutronen och protonen är lika med 1/2, så för att bevara spinnet på höger sida av B.-r. det kan bara finnas ett udda antal partiklar med spin 1/2. I synnerhet i fallet med β - sönderfall av en fri neutron n → p + e - + ν, utesluter endast utseendet av en antineutrino brottet mot momentumbevarandelagen.

B.-r. förekommer i element i alla delar av det periodiska systemet. Tendensen till β-transformation uppstår på grund av närvaron av ett överskott av neutroner eller protoner i ett antal isotoper jämfört med den mängd som motsvarar maximal stabilitet. Sålunda är tendensen till β+-sönderfall eller K-infångning karakteristisk för isotoper med neutronbrist, och tendensen till β--sönderfall är karakteristisk för neutronrika isotoper. Cirka 1500 β-radioaktiva isotoper av alla element i det periodiska systemet är kända, förutom de tyngsta (Z ≥ 102).

B:s energi - flod. för närvarande kända isotoper sträcker sig från

halveringstider ligger inom ett brett intervall från 1,3 10 -2 sek(12 N) till Beta-sönderfall 2 10 13 år (naturlig radioaktiv isotop 180 W).

I framtiden, B:s arbetsrum - älv. ledde upprepade gånger fysiker till kollapsen av gamla idéer. Det konstaterades att B. - flod. krafter av en helt ny natur styr. Trots den långa tid som har gått sedan upptäckten av B.-r. har karaktären av den interaktion som orsakar B.-r. inte undersökts fullt ut. Denna interaktion kallades "svag", eftersom. den är 10 12 gånger svagare än den nukleära och 10 9 gånger svagare än den elektromagnetiska (den överträffar endast gravitationsväxelverkan; se Svag växelverkan). Svag interaktion är inneboende i alla elementarpartiklar (se elementarpartiklar) (förutom fotonen). Nästan ett halvt sekel gick innan fysiker upptäckte att i B.-r. symmetrin mellan "höger" och "vänster" kan brytas. Denna icke-konservering av paritet har tillskrivits egenskaperna hos svaga interaktioner.

B. studerar - flod. Det hade också en annan viktig aspekt. Kärnans livslängd i förhållande till B.-r. och formen på spektrumet av β-partiklar beror på tillstånden i vilka den initiala nukleonen och produktnukleonen är belägna inuti kärnan. Därför utökade studiet av B.-r., förutom information om karaktären och egenskaperna hos svaga interaktioner, avsevärt förståelsen av strukturen hos atomkärnor.

B:s sannolikhet - flod. beror i huvudsak på hur nära nukleonernas tillstånd i de initiala och slutliga kärnorna är varandra. Om nukleonens tillstånd inte förändras (nukleonen verkar förbli på samma plats) är sannolikheten maximal och motsvarande övergång av initialtillståndet till det sista kallas tillåtet. Sådana övergångar är karakteristiska för B. - flod. lätta kärnor. Lätta kärnor innehåller nästan samma antal neutroner och protoner. Tyngre kärnor har fler neutroner än protoner. Tillstånden för nukleoner av olika typer är väsentligen olika från varandra. Det komplicerar B. - flod; det finns övergångar vid vilka B. - flod. sker med låg sannolikhet. Övergången hämmas också av behovet av att ändra kärnans spinn. Sådana övergångar kallas förbjudna. Övergångens natur påverkar också formen på energispektrumet för β-partiklarna.

En experimentell studie av energifördelningen av elektroner som emitteras av β-radioaktiva kärnor (betaspektrum) utförs med hjälp av en betaspektrometer. Exempel på β-spektra visas i ris. ett och ris. 2 .

Belyst.: Alfa-, beta- och gammaspektroskopi, red. K. Zigbana, övers. från engelska, c. 4, M., 1969, Ch. 22-24; Experimentell kärnfysik, red. E. Segre, övers. från engelska, vol. 3, M., 1961.

E. M. Leikin.

Betaspektrum för neutronen. Kinetiken är avsatt på x-axeln. elektronenergi E in kev, på y-axeln - antalet elektroner N (E) i relativa enheter (vertikala linjer indikerar gränserna för mätfel för elektroner med en given energi).

Stora sovjetiska uppslagsverk. - M.: Sovjetiskt uppslagsverk. 1969-1978 .

Se vad "Beta decay" är i andra ordböcker:

Beta-sönderfall, radioaktiva omvandlingar av atomkärnor, i processen av rxx, kärnorna avger elektroner och antineutriner (beta-sönderfall) eller positroner och neutriner (beta + sönderfall). Avgår vid B. p. elektroner och positroner har ett gemensamt namn. beta partiklar. Vid … … Stor encyklopedisk yrkeshögskolelexikon

Modern Encyclopedia

beta-förfall- (b sönderfall), en typ av radioaktivitet där en sönderfallande kärna avger elektroner eller positroner. I elektroniskt beta-sönderfall (b) förvandlas en neutron (intranukleär eller fri) till en proton med emission av en elektron och en antineutrino (se ... ... Illustrerad encyklopedisk ordbok

beta-förfall- (β-sönderfall) radioaktiva omvandlingar av atomkärnor, under vilka kärnorna avger elektroner och antineutriner (β-sönderfall) eller positroner och neutriner (β+-sönderfall). Avgår vid B. p. elektroner och positroner kallas tillsammans beta-partiklar (β-partiklar) ... Ryska uppslagsverket om arbetarskydd

- (b förfall). spontana (spontana) omvandlingar av en neutron n till en proton p och en proton till en neutron inuti en atom. kärnor (liksom omvandlingen till en proton av en fri neutron), åtföljd av emission av en elektron på e eller en positron e + och elektron antineutrinos ... ... Fysisk uppslagsverk

Spontana omvandlingar av en neutron till en proton och en proton till en neutron inuti atomkärnan, liksom omvandlingen av en fri neutron till en proton, åtföljd av emission av en elektron eller positron och en neutrino eller antineutrino. dubbel beta-sönderfall … … Kärnkraftstermer

- (se beta) radioaktiv omvandling av atomkärnan, där en elektron och en antineutrino eller en positron och en neutrino emitteras; vid beta-sönderfall ändras den elektriska laddningen av atomkärnan med en, masstalet ändras inte. Ny ordbok... ... Ordbok med främmande ord på ryska språket

beta-förfall- beta-strålar, beta-sönderfall, beta-partiklar. Den första delen uttalas [beta] ... Ordbok för uttal och stresssvårigheter på modern ryska

Exist., Antal synonymer: 1 decay (28) ASIS Synonym Dictionary. V.N. Trishin. 2013 ... Synonym ordbok

Beta-förfall, beta-förfall... Stavningsordbok

BETA DECAY- (ß-sönderfall) radioaktiv omvandling av atomkärnan (svag interaktion), där en elektron och en antineutrino eller en positron och en neutrino emitteras; på B. r. den elektriska laddningen av atomkärnan ändras med en, massan (se) ändras inte ... Great Polytechnic Encyclopedia

Böcker

• Om problemen med strålning och materia i fysiken. Kritisk analys av existerande teorier: kvantmekanikens metafysiska natur och kvantfältteorins illusoriska natur. Alternativ - modell av flimrande partiklar, Petrov Yu.I. , Boken ägnas åt analysen av problemen med enhet och motsättning av begreppen "våg" och "partikel". På jakt efter en lösning på dessa problem, de matematiska grunderna för grundläggande ... Kategori: