Типы ядерных превращений

В соответствии с видами радиоактивных излучений существуют несколько видов радиоактивного распада (типов радиоактивных превращений). Радиоактивному превращению подвергаются элементы, в ядрах которых слишком много протонов или нейтронов. Рассмотрим виды радиоактивного распада.

1. Альфа-распад характерен для естественных радиоактивных элементов с большим порядковым номером (т.е. с малыми энергиями связи). Известно около 160 альфа-активных видов ядер, в основном порядковый номер их более 82 (Z > 82). Альфа-распад сопровождается испусканием из ядра неустойчивого элемента альфа-частицы, которая представляет собой ядро атома гелия Не (в его составе 2 протона и 2 нейтрона). Заряд ядра уменьшается на 2, массовое число – на 4.

_Z^АХ → _Z-2 ^А-4 У + ₂ ⁴Не; ₉₂ ²³⁸U →₂⁴ Не + ₉₀ ²³⁴Th;

₈₈ ²²⁶Ra→₂ ⁴He + ₈₆ ²²²Rn + γ изл.

Альфа – распад подвергается более 10% радиоактивных изотопов.

2. Бета-распад. Ряд естественных и искусственных радиоактивных изотопов претерпевают распад с испусканием электронов или позитронов.

а ) Электронный бета-распад. характерен как для естественных, так и для искусственных радионуклидов, которые имеют излишек нейтронов (т.е. в основном для тяжелых радиоактивных изотопов). Электронному бета-распаду подвергается около 46% всех радиоактивных изотопов. При этом один из нейтронов превращается в протон, а ядро испускает электрон и антинейтрино. Заряд ядра и соответственно атомный номер элемента при этом увеличивается на единицу, а массовое число остается без изменения.

^А_Z Х → ^А_Z+1У + е^- + v^-; ²⁴¹₉₄Pu→²⁴¹₉₅Am+e^-+v^-; ⁶⁴₂₉Cu→⁶⁴₃₀Zn+e^-+v^-; ⁴⁰₁₉K→⁴⁰₂₀Ca+e^-+v^-

При испускании β-частиц ядра атомов могут находиться в возбужденном состоянии, когда в дочернем ядре обнаруживается избыток энергии, которая не захвачена корпускулярными частицами. Этот излишек энергии высвечивается в виде гамма-квантов.

¹³⁷₅₅Cs →¹³⁷₅₆ Ва+е^-+v^-+γ изл.

б) Позитронный бета-распад. Наблюдается у некоторых искусственных радиоактивных изотопов, у которых в ядре имеется излишек протонов. Он характерен для 11% радиоактивных изотопов, находящихся в первой половине таблицы Д.И. Менделеева (Z<45). При позитронном бета-распаде один из протонов превращается в нейтрон, заряд ядра и соответственно атомный номер уменьшается на единицу, а массовое число остается без изменений. Ядро испускает позитрон и нейтрино.

^A_ZX→^A_Z-1У+е⁺+v⁺; ³⁰₁₅P→³⁰₁₄Si+e⁺+v⁺; ⁶⁴₂₉Cu® ⁶⁴₂₈Ni+e⁺+v⁺

Позитрон, вылетев из ядра, срывает с оболочки атома «лишний» электрон или взаимодействует со свободным электроном, образуя пару «позитрон – электрон», которая мгновенно превращается в два гамма-кванта с энергией, эквивалентной массе частиц (е и е). Процесс превращения пары «позитрон – электрон» в два гамма-кванта получил название аннигиляции (уничтожения), а возникающее электромагнитное излучение – аннигиляционного. В данном случае происходит превращение одной формы материи (частиц вещества) в другую – гамма-фотоны.

в) Электронный захват. Это такой вид радиоактивного превращения, когда ядро атома захватывает электрон из ближайшего к ядру энергетического К-уровня (электронный К-захват) или реже в 100 раз – из L уровня. В результате один из протонов ядра нейтрализуется электроном, превращаясь в нейтрон. Порядковый номер нового ядра становится на единицу меньше, а массовое число не изменяется. Ядро испускает антинейтрино. Освободившееся место, которое занимал в К или L – уровне захваченный электрон, заполняется электроном из более удаленных от ядра энергетических уровней. Избыток энергии, освободившийся при таком переходе, испускается атомом в виде характеристического рентгеновского излучения.

^A_ZХ + е^- → ^A_Z-1 У + v^- + рентгеновское излучение

⁴⁰₁₉К + е^- → ⁴⁰ ₁₈Аr + v^-+ рентгеновское излучение

⁶⁴₂₉Сu + е^- → ⁶⁴₂₈ Ni+v^- + рентгеновское излучение

Электронный К-захват характерен для 25% всех радиоактивных ядер, но в основном для искусственных радиоактивных изотопов, расположенных в другой половине таблицы Д.И.Менделеева и имеющих излишек протонов (Z = 45 – 105). Только три естественных элемента претерпевают К-захват: калий-40, лантан-139, лютеций-176 (⁴⁰₁₉K, ¹³⁹₅₇La, ¹⁷⁶₇₁Lu).

Некоторые ядра могут распадаться двумя или тремя способами: путем альфа- и бета-распада и К-захвата.

Калий–40 подвергается, как уже отмечалось, электронному распаду – 88%, и К-захвату – 12%. Медь–64 (⁶⁴₂₈ Сu) превращается в никель (позитронный распад – 19%, К-захват – 42%; электронный распад – 39%).

3. Испускание γ-излучения не является видом радиоактивного распада (при этом не происходит превращение элементов), а представляет собой поток электромагнитных волн, возникающих при альфа- и бета –распаде ядер атомов (как естественных, так и искусственных радиоактивных изотопов), когда в дочернем ядре оказывается избыток энергии, не захваченный корпускулярным излучением (альфа- и бета- частицей). Этот избыток мгновенно высвечивается в виде гамма-квантов.

¹³¹₅₃I→¹³¹₅₄Xe + e^- +v^- +2γ кванта; ²²⁶₈₈Ra→⁴₂He + ²²²₈₆Rn + γ квант.

4. Протонная радиоактивность – испускание протона из ядра в основном состоянии. Этот процесс может наблюдаться у искусственно полученных ядер с большим дефицитом нейтронов

лютеций-151 (¹⁵¹₇₁Lu) – в нем на 24 нейтрона меньше, чем в стабильном изотопе ¹⁷⁵₇₁ Lu.

Дата добавления: 2014-01-15