Альфа-распад. РЕАЛЬНАЯ ФИЗИКА. Глоссарий по физике

Альфа-распад - испускание атомным ядром -частицы (ядра ⁴Не). А--р. из основного (невозбуждённого) состояния ядра наз. также

-радиоактивностью [вскоре после открытия А. Беккерелем (A. Becquerel) радиоактивности -лучами был назван наименее проникающий вид излучения, испускаемый радиоактивными веществами, в 1909 Э. Реаерфорд (Е. Rutherford) и Т. Ройдс (Т. Royds) доказали, что

-частицы являются дважды ионизованными атомами ⁴Не].

При А--р. массовое число А материнского ядра уменьшается на 4 единицы, а заряд (число протонов) Z - на 2:

где М_А и М_A-4 - массы материнского и дочернего ядер.

- масса

-частицы. Энергия

делится между

-частицей и дочерним ядром обратно пропорционально их массам, откуда энергия

-частиц

Энергетич. условие возможности А--р. заключается в том, чтобы энергия связи

-частицы относительно материнского ядра была отрицательна. Эта энергия связи оказывается отрицательной почти для всех

-стабильных ядер с А >150 (рис. 1), т. е. все ядра с А >150 должны быть a-радиоактивными. Однако во многих случаях время жизни этих ядер (период полураспада) слишком велико и

-радиоактивность не удаётся наблюдать.

Рис. 1. Значения энергии связи

-частицы для

-стабильных ядер и области

-радиоактивности; N - число нейтронов в ядре; стрелки показывают зоны, где наблюдается

-распад (в области Л от 2 до 50

-распад наблюдается, но точные значения

неизвестны).

Известно св. 300

-активных ядер, большинство из к-рых получено искусственно. Подавляющее большинство последних сосредоточено в области транссвинцовых ядер с Z>82. Имеется группа

-активных ядер в области редкоземельных элементов (А =140-160), а также небольшая группа в промежутке между редкоземельными и тяжёлыми ядрами (рис. 1). В ядерных реакциях с тяжёлыми ионами синтезированы неск. a-излучающих нейтронно-дефицитных: ядер с А ~110. Наблюдаемые времена жизни a-активных ядер лежат в пределах от 10¹⁷ лет (²⁰⁴Рb) до 3*10^-7 с (²¹²Ро).

Рис. 2. Схема распада ¹⁴¹Am, иллюстрируюшая характер информации, получаемой при изучении a-распада; I - угловые моменты состояний дочернего ядра, ²³⁷Np,

-их энергия, b - чётность состояний, % - доля переходов на данный уровень. L - угловой момент a-частицы.

Кинетич. энергии

-частиц изменяются от 1,83 МэВ (¹⁴⁴Nd) до 11,65 МэВ (изомер ^212mРо). Пробег a-частицы с типичной энергией

=6 МэВ составляет ~5 см в воздухе при нормальных условиях и ~0,05 мм в Аl.

Альфа-спектроскопия. Спектр

-частиц, возникающих при расиаде материнского ядра, представляет ряд моноэнергетич. линий, соответствующих переходам на разл. уровни дочернего ядра. T. к.

-частица не имеет спина, правила отбора по моменту кол-ва движения I=L и чётности, к-рые вытекают из соответствующих законов сохранения, оказываются простыми. Угловой момент L

-частицы может принимать значения в интервале:

где

- угловые моменты начального и конечного состояния ядер (материнского и дочернего). При этом разрешены только чётные значения L, если чётности обоих состояний совпадают, и нечётные, если чётности не совпадают. А--р. является важным методом изучения нижних энергетич. состояний тяжёлых ядер (рис. 2).

Для измерения энергии и интенсивности потока

-частиц, испускаемых

-активными ядрами, используются газоразрядные и полупроводниковые детекторы частиц, а также спектрометры. Поверхностно-барьерные кремниевые полупроводниковые детекторы позволяют получить разрешение до 12 кэВ (для

-частиц с

=6 МэВ) при светосиле ~0,1% . В табл.. 1 приведены энергии

-частиц нек-рых

-излучателей, используемых в качестве стандартов.

Периоды полураспада. Одна из особенностей

-радиоактивности состоит в том, что при сравнительно небольшом различия в энергии

-частиц

время жизни материнского ядра отличается на много порядков. Энергия

-распада Q и период полураспада

ядер с одним и тем же Z связаны соотношением, эмпирически установленным задолго до создания теории А--р (Гейгера - Неттолла закон):

Здесь A_Z и B_Z - константы, приведённые в табл. 2; эфф. величина

МэВ учитывает экранирующий эффект электронов.

Соотношение (5) лучше всего описывает переходы между осн. состояниями четно-чётных ядер (рис. 3). Для нечётных ядер и переходов в возбуждённые состояния периоды полураспада оказываются во многих случаях в 100-1000 раз большими при одинаковой энергии А--р.

Отношение истинного периода полураспада к вычисленному по ф-ле (5) для четно-чётного ядра наз. фактором замедления.

Теория альфа-распада. Осн. фактором, определяющим вероятность А--р. и её зависимость от энергии а-частицы и заряда ядра, является кулоновский барьер. Простейшая теория А--р. [Г. Гамов (G. Gamow), 1927] сводилась к описанию движения а-частицы в по-

тенциальной яме с барьером (рис. 4, пунктир). Т. к. энергия

-частиц составляет 5-10 МэВ, а высота ку-лоновского барьера у тяжёлых ядер 25-30 МэВ, то вылет

-частицы из ядра может происходить только за счёт туннельного эффекта, а вероятность этого процесса определяется проницаемостью В барьера.

Рис. 3. Зависимость периода полураспада T¹/₂ от энергии четночётных

-излучателей, + - переходы в основное состояние,

- в первое возбуждённое,

- в высшие возбуждённые состояния.

Используя упрощённую форму барьера и предполагая, что a-частица существует внутри ядра и при вылете не уносит углового момента, можно получить для вероятности А--р. выражение, экспоненциально зависящее от энергии

-частицы, т. е. типа (5).

Совр. подход к описанию А--р. опирается на методы, используемые в теории ядерных реакций. Ширина

состояния ядра относительно А--р. связана с периодом полураспада соотношением

где

- т. н. приведённая ширина, определяемая степенью перекрывания волновых функций начального и конечного состояния ядер, характеризующая

Рис. 4. Сумма ядерного и нулоновекого потенциалов для

частицы в ядре ²³⁰Th; энергия

-распада

МэВ.

вероятность появления

-частицы на поверхности ядра (на радиусе канала R_C), а P_C (R_C) - проницаемость эфф. барьера V, образуемого ядерным, кулоновским и центробежным потенциалами:

Здесь L-орбитальный момент вылетающей a-частицы,

-её приведённая масса, равная

, где

М-масса ядра, т-масса

-частицы. Существование центробежного барьера связано с наличием у

-частицы отличного от нуля орбитального момента. Центробежный барьер в А--р. обычно играет сравнительно небольшую роль (табл. 3), в отличие от бета-распада ядер и -переходов, вероятность к-рых сильно зависит от углового момента, уносимого частицей (см. Гамма-излучение).

Цель большинства исследований А--р.- измерение приведённых ширин и сравнение их с вычисленными на основе разл. теоретич. представлений о ядре. Абс. значения зависят от ряда параметров и особенно чувствительны к величине радиуса канала

Т а б л. 3 - Проницаемость В_L центробежного барьера относительно его проницаемости В₀ при L=0 (Z=90, Q = 4,5 МэВ).

Наиболее точные и надёжные результаты получаются, если возможен анализ отношения ширин для переходов на разные уровни одного и того же ядра

, т. к. в этом случае большинство неопределённостей сокращается. Отношения приведённых ширин

соответствуют факторам замедления.

Из анализа ширин следует, что

-частицы не существуют в

-распадающемся ядре всё время, а с нек-рой конечной вероятностью возникают на его поверхности перед вылетом. Имеющиеся данные свидетельствуют также о том, что в поверхностном слое тяжёлых ядер, по-видимому, существуют

-частичные группировки нуклонов (a-кластеры).

Классификация

-переходов основывается на структурных факторах, связанных с вероятностью образования

-частицы. А--р. идёт на 2-4 порядка быстрее, когда

-частица образуется из нейтронных и протонных пар, по сравнению с распадом, когда

-частица образуется из неспаренных нуклонов. В первом случав А--р. наз. благоприятным, и такими оказываются все

-переходы между основными состояниями четно-чётных ядер. Во втором случае А--р. наз. неблагоприятным.

Альфа-распад возбуждённых ядер изучается с помощью ядерных реакций. Отд. случаи распада нижних возбуждённых состояний тяжёлых ядер, приводящего к испусканию т. н. длиннопробежных

-частиц, известны давно и причисляются к явлению радиоактивности. Наблюдаемые времена жизни ядер лежат в диапазоне от 10^-11 с (А--р. нейтронных резонансов, см. Нейтронная спектроскопия)до 10^-22 с (А--р. уровней лёгких ядер). Нек-рые распадающиеся состояния лёгких ядер имеют приведённые ширины, близкие к максимально возможным (к т. н. вигнеровскому пределу), что указывает на их ярко выраженный

-кластерный характер. Изучение А--р. высоковозбуждённых состояний ядер - один из информативных методов исследования ядерной структуры при больших энергиях возбуждения.

Литература по альфа-распаду

Знаете ли Вы, в чем ложность понятия "физический вакуум"?

Физический вакуум - понятие релятивистской квантовой физики, под ним там понимают низшее (основное) энергетическое состояние квантованного поля, обладающее нулевыми импульсом, моментом импульса и другими квантовыми числами. Физическим вакуумом релятивистские теоретики называют полностью лишённое вещества пространство, заполненное неизмеряемым, а значит, лишь воображаемым полем. Такое состояние по мнению релятивистов не является абсолютной пустотой, но пространством, заполненным некими фантомными (виртуальными) частицами. Релятивистская квантовая теория поля утверждает, что, в согласии с принципом неопределённости Гейзенберга, в физическом вакууме постоянно рождаются и исчезают виртуальные, то есть кажущиеся (кому кажущиеся?), частицы: происходят так называемые нулевые колебания полей. Виртуальные частицы физического вакуума, а следовательно, он сам, по определению не имеют системы отсчета, так как в противном случае нарушался бы принцип относительности Эйнштейна, на котором основывается теория относительности (то есть стала бы возможной абсолютная система измерения с отсчетом от частиц физического вакуума, что в свою очередь однозначно опровергло бы принцип относительности, на котором постороена СТО). Таким образом, физический вакуум и его частицы не есть элементы физического мира, но лишь элементы теории относительности, которые существуют не в реальном мире, но лишь в релятивистских формулах, нарушая при этом принцип причинности (возникают и исчезают беспричинно), принцип объективности (виртуальные частицы можно считать в зависимсоти от желания теоретика либо существующими, либо не существующими), принцип фактической измеримости (не наблюдаемы, не имеют своей ИСО).

Когда тот или иной физик использует понятие "физический вакуум", он либо не понимает абсурдности этого термина, либо лукавит, являясь скрытым или явным приверженцем релятивистской идеологии.

Понять абсурдность этого понятия легче всего обратившись к истокам его возникновения. Рождено оно было Полем Дираком в 1930-х, когда стало ясно, что отрицание эфира в чистом виде, как это делал великий математик, но посредственный физик Анри Пуанкаре, уже нельзя. Слишком много фактов противоречит этому.

Для защиты релятивизма Поль Дирак ввел афизическое и алогичное понятие отрицательной энергии, а затем и существование "моря" двух компенсирующих друг друга энергий в вакууме - положительной и отрицательной, а также "моря" компенсирующих друг друга частиц - виртуальных (то есть кажущихся) электронов и позитронов в вакууме.

Однако такая постановка является внутренне противоречивой (виртуальные частицы ненаблюдаемы и их по произволу можно считать в одном случае отсутствующими, а в другом - присутствующими) и противоречащей релятивизму (то есть отрицанию эфира, так как при наличии таких частиц в вакууме релятивизм уже просто невозможен). Подробнее читайте в FAQ по эфирной физике.

Источник	Энергия, кэВ
²²⁶Ra	4781, 8b2. 4
²¹⁰P₀	5304. 5b0, 5
²¹²Bi	6049, 6b0, 7
²¹⁴P₀	7688, 4b0, 6
²¹²P₀	8785, 0b0, 8

Z + 2 (атомный номер излучателя)	A_Z	B_Z	Z + 2 (атомный номер излучателя)	A_Z	B_Z
84	129,35	-49,9229	92	147,49	-53,65
86	137,46	- 52,4597	94	146,23	- 52,0899
88	139,17	-52,1476	96	152,44	-53,6825
90	144,19	- 53,2644	98	152,86	-52,9506

L	0	1	2	3	4	5	6
B_L/B₀	1	0,84	0,60	0,36	0, 18	0,078	0,028