бета-раздяла, Авторска платформа
Бета-разпад,b-разпад, радиоактивен разпад на атомно ядро, придружен от излизане на електрон или позитрон от ядрото. Този процес се дължи на спонтанната трансформация на един от нуклоните на ядрото в нуклон от друг вид, а именно: трансформацията или на неутрон (n) в протон (p), или на протон в неутрон. В първия случай електрон (e-) излита от ядрото - възниква така нареченият b-разпад. Във втория случай позитрон (e +) излита от ядрото - възниква b + разпад. Отпътуване в Б.-р. електроните и позитроните се наричат заедно бета-частици. Взаимните трансформации на нуклоните са придружени от появата на още една частица - неутрино (n) в случай на b+-разпад или антинеутрино в случай на b-разпад. По време на b-разпадането броят на протоните (Z) в ядрото се увеличава с един, а броят на неутроните намалява с един. Масовото число на ядротоА,, равно на общия брой нуклони в ядрото, не се променя, а ядреният продукт е изобара на изходното ядро, стояща до него вдясно в периодичната система от елементи. Напротив, в случай на b+ разпад, броят на протоните намалява с един, а броят на неутроните се увеличава с един и се образува изобара, стояща в съседство отляво на първоначалното ядро. Символично и двата процеса на Б.-р. се записват в следната форма:
където е символът на ядрото, състоящо се от Z протони и A—Z неутрони.
Най-простият пример за (b-разпад) е трансформацията на свободен неутрон в протон с излъчване на електрон и антинеутрино (период на полуразпад на неутрона » 13min):
По-сложен пример (b-разпадането е разпадането на тежък изотоп на водород - тритий, състоящ се от два неутрона (n) и един протон (p):
Очевидно този процес се свежда до b-разпадане на свързан (ядрен) неутрон. В този случай b-радиоактивното тритиево ядро се превръща вядрото на следващия елемент в периодичната таблица е ядрото на лекия хелиев изотоп 32He.
Пример за b+ разпад е разпадането на въглеродния изотоп 11С по следната схема:
Този процес може да се представи като разпадане на свързан протон
В този случай въглеродното ядро се превръща в ядрото на предшестващия го елемент в периодичната таблица - бор.
Превръщането на протон в неутрон вътре в ядрото може да възникне и в резултат на улавяне от протона на един от електроните от електронната обвивка на атома. Най-често електрон се улавя от най-близката до ядрото К-обвивка, т.нар. К-улавяне. При K-улавянето, както и при b+-разпадането, се образува изобара, стояща в периодичната система от елементи вляво от първоначалното ядро. Уравнението за улавяне на K има формата:
След улавянето на K-електрона, електрони от по-високи черупки преминават към празното място; в този случай се излъчва фотон. По този начин K-улавянето се придружава от излъчване на характерно рентгеново лъчение. Пример за K-улавяне е реакцията, при която ядрото на берилиевия изотоп улавя K-електрон и се превръща в литиево ядро:
Б.-р. наблюдавани както в естествено радиоактивни, така и в изкуствено радиоактивни изотопи. За да бъде ядрото нестабилно по отношение на един от видовете b-трансформация (т.е. може да претърпи b-трансформация), сумата от масите на частиците от лявата страна на уравнението на реакцията трябва да бъде по-голяма от сумата от масите на продуктите на трансформацията. Следователно при Б. - р. се освобождава енергия. Енергията на Б. - река.Eb може да се изчисли от тази масова разлика, като се използва връзкатаE=mc2,къдетоc —е скоростта на светлината във вакуум. В случай на b-разпад
къдетоM —са масите на неутралните атоми. В случай на b+-разпад неутрален атом губи един от електроните в обвивката си, енергията на B.-r. е равно на:
къдетоаз—електронна маса.
Енергията на Б. - река. разпределени между три частици: електрон (или позитрон), антинеутрино (или неутрино) и ядро; всяка от светлинните частици може да отнесе почти всякаква енергия от 0 до Eb, т.е. техните енергийни спектри са непрекъснати. Само при K-улавяне неутриното винаги отнася една и съща енергия.
И така, по време на b-разпадане масата на първоначалния атом надвишава масата на крайния атом, а по време на b+-разпадането този излишък е най-малко две електронни маси.
Изследванията на Б. – р. ядра многократно поставя учените пред неочаквани мистерии. След откриването на радиоактивността, феноменът на Б. - р. отдавна се счита за аргумент в полза на наличието на електрони в атомните ядра; това предположение се оказа в явно противоречие с квантовата механика (вижтеАтомно ядро). Тогава непостоянството на енергията на електроните, избягали по време на B.-r., дори породи недоверие в закона за запазване на енергията сред някои физици, тъй като беше известно, че в това преобразуване участват ядра, които се намират в състояния с точно определена енергия. Максималната енергия на електроните, излизащи от ядрото, е точно равна на разликата между енергиите на първоначалното и крайното ядро. Но в този случай не беше ясно къде изчезва енергията, ако излъчените електрони носят по-малко енергия. Предположението на немския учен В. Паули за съществуването на нова частица - неутриното - спаси не само закона за запазване на енергията, но и друг най-важен закон на физиката - закона за запазване на ъгловия момент. Тъй катозавъртанията(т.е. собствените моменти) на неутрона и протона са равни на 1/2, то за запазване на завъртането от дясната страна на B.-r. може да има само нечетен брой частици със спин 1/2. По-специално, по време на b-разпадането на свободен неутрон n ® p + e – + n, само появата на антинеутрино изключванарушение на закона за запазване на ъгловия момент.
Б.-р. среща се в елементи от всички части на периодичната система. Тенденцията към b-трансформация възниква поради наличието на излишък от неутрони или протони в редица изотопи в сравнение с количеството, което съответства на максималната стабилност. По този начин тенденцията към b + разпадане или K-улавяне е характерна за изотопите с неутронен дефицит, а тенденцията към b-разпадане е характерна за богатите на неутрони изотопи. Известни са около 1500 b-радиоактивни изотопа на всички елементи на периодичната система, с изключение на най-тежките (Z ³ 102).
Енергията на Б. - река. известните в момента изотопи варират от
полуживотът е в широк диапазон от 1,3 10-2sec(12N) до
2 1013 години (естествен радиоактивен изотоп 180W).
В бъдеще проучването на Б. - р. многократно доведе физиците до крах на старите идеи. Установено е, че Б. – река. управляват сили от изцяло ново естество. Въпреки дългия период, изминал от откриването на B.-r., естеството на взаимодействието, което причинява B.-r., не е напълно проучено. Това взаимодействие беше наречено „слабо“, защото е 1012 пъти по-слабо от ядреното и 109 пъти по-слабо от електромагнитното (превъзхожда само гравитационното взаимодействие; вижтеСлаби взаимодействия). Слабото взаимодействие е присъщо на всичкиелементарни частици(с изключение на фотона). Измина почти половин век, преди физиците да открият, че в Б.-р. може да се наруши симетрията между "дясно" и "ляво". Това неспазване на паритета се приписва на свойствата на слабите взаимодействия.
Ученето на Б. - р. Имаше и друг важен аспект. Времето на живот на ядрото спрямо B.-r. и формата на спектъра на b-частиците зависят от състоянията, в които първоначалният нуклон и нуклонът-продукт. Следователно изследването на B.-r., в допълнение към информацията за природата и свойствата на слабите взаимодействия, значително разшири разбирането за структурата на атомните ядра.
Вероятност на Б. - река. зависи основно от това колко близки са едно до друго състоянията на нуклоните в началното и крайното ядро. Ако състоянието на нуклона не се променя (нуклонът сякаш остава на същото място), тогава вероятността е максимална и съответният преход от първоначалното състояние към крайното се нарича разрешен. Такива преходи са характерни за Б. - река. леки ядра. Леките ядра съдържат почти еднакъв брой неутрони и протони. По-тежките ядра имат повече неутрони, отколкото протони. Състоянията на нуклоните от различни видове са съществено различни едно от друго. Усложнява Б. - река; има преходи, при които Б. - река. се случва с малка вероятност. Преходът също е възпрепятстван от необходимостта да се промени въртенето на ядрото. Такива преходи се наричат забранени. Естеството на прехода също влияе върху формата на енергийния спектър на b-частиците.
Експериментално изследване на енергийното разпределение на електроните, излъчвани от b-радиоактивни ядра (бета спектър), се извършва с помощта набета-спектрометри. Примери за b-спектри са показани нафиг. 1ифиг. 2.
Справ.:Алфа, бета и гама спектроскопия, изд. К. Зигбана, прев. от английски, c. 4, М., 1969, гл. 22-24; Експериментална ядрена физика, изд. Е. Сегре, прев. от английски, т. 3, М., 1961.
Бета спектър на RaE (пример b - спектър на тежък елемент).
Бета спектър на неутрона. Кинетиката се нанася върху оста x. енергия на електрона E вkeV, по ординатната ос - броят на електроните N (E) в относителни единици (вертикалните линии показват границите на грешките на измерване за електрони с дадена енергия).