Атомная физика на огэ. вся теория и разбор заданий от преподавателя maximum

Ссылки [ править ]

1. ^ Артур Бейзер (2003). «Глава 12: Ядерные преобразования». (6-е изд.). Макгроу-Хилл. С. 432–434. ISBN

2. Г. Гамов (1928). «Zur Quantentheorie des Atomkernes (К квантовой теории атомного ядра)». Zeitschrift für Physik . 51 (3): 204–212. Bibcode . DOI .

3. ^ Рональд В. Герни и Эдв. У. Кондон (1928). . Природа . 122 : 439. Bibcode . DOI .
4. Belli, P .; Bernabei, R .; Даневич Ф.А.; и другие. (2019). «Экспериментальные поиски редких альфа- и бета-распадов». Европейский физический журнал . 55 (8): 140–1–140–7. arXiv . Bibcode . DOI . ISSN .
5. . Исследование Солнечной системы . НАСА . Проверено 25 марта 2013 года .
6. . Проект восстановления внешнего источника . LANL . Проверено 25 марта 2013 года .

7. Winters TH, Franza JR (1982). «Радиоактивность сигаретного дыма». Медицинский журнал Новой Англии . 306 (6): 364–365. DOI . PMID .

Альфа-излучатели за счет увеличения энергии (Приложение 1)

2. Опасность для живых организмов

Будучи довольно тяжёлыми и положительно заряженными, альфа-частицы от радиоактивного распада имеют очень короткий пробег в веществе и при движении в среде быстро теряют энергию на небольшом расстоянии от источника. Это приводит к тому, что вся энергия излучения высвобождается в малом объёме вещества, что увеличивает шансы повреждения клеток при попадании источника излучения внутрь организма. Однако внешнее излучение от радиоактивных источников безвредно, поскольку альфа-частицы могут эффективно задерживаться несколькими сантиметрами воздуха или десятками микрометров плотного вещества — например, листом бумаги и даже роговым омертвевшим слоем эпидермиса поверхностью кожи, не достигая живых клеток. Даже прикосновение к источнику чистого альфа-излучения не опасно, хотя следует помнить, что многие источники альфа-излучения излучают также гораздо более проникающие типы излучения. Однако попадание альфа-источника внутрь организма приводит к значительному облучению. Коэффициент качества альфа-излучения равен 20 больше всех остальных типов ионизирующего излучения, за исключением тяжёлых ядер и осколков деления. Это означает, что в живой ткани альфа-частица создаёт оценочно в 20 раз большие повреждения, чем гамма-квант или бета-частица равной энергии.

Всё вышеизложенное относится к радиоактивным источникам альфа-частиц, энергии которых не превосходят 15 МэВ. Альфа-частицы, полученные на ускорителе, могут иметь значительно более высокие энергии и создавать значимую дозу даже при внешнем облучении организма.

Меры безопасности

Защита от альфа-излучения не представляет собой проблемы. Радиационные лучи полностью задерживаются плотным листом бумаги и даже человеческой одеждой. Опасность возникает только при внутреннем облучении. Чтобы избежать его, используются средства индивидуальной защиты. К ним относятся спецодежда (комбинезоны, шлемы из молескина), пластиковые фартуки, нарукавники, резиновые перчатки, специальная обувь. Для защиты глаз применяются щитки из оргстекла, также используются дерматологические средства (пасты, мази, кремы), респираторы. На предприятиях прибегают к мерам коллективной защиты. Что касается защиты от газа радона, способного накапливаться в подвалах, ванных комнатах, то в этом случае необходимо часто проветривать помещения, а подвалы изнутри изолировать.

Характеристика альфа-излучения приводит нас к выводу о том, что данный вид имеет низкую пропускную способность и не требует серьезных мер защиты при внешнем облучении. Большой вред наносят эти радиоактивные частицы при проникновении внутрь организма. Элементы данного вида распространяются на минимальные расстояния. Альфа-, бета-, гамма-излучения отличаются друг от друга своими свойствами, проникающей способностью, влиянием на окружающую среду.

Физика альфа-распада

Процесс распада

Альфа-спектр изотопов плутония 242 Pu, 239 Pu / 240 Pu и 238 Pu. Размытие (хвост) каждого пика на его низкоэнергетической (левой) стороне вызвано потерей энергии из-за неупругих столкновений альфа-частиц внутри образца. Альфа-частица — это ядро атома гелия-4, это двухвалентный катион гелия. Он состоит из двух протонов и двух нейтронов . При альфа-распаде массовое число ядра уменьшается на четыре единицы, атомное число — на две единицы. Если X обозначает материнский нуклид, а Y — дочерний нуклид, энергию, выделяемую при распаде, и если массовые числа написаны вверху, а порядковые числа внизу, то к альфа- распаду в целом применимо следующее: ΔЭ.{\ displaystyle \ Delta E}А.{\ displaystyle A}Z{\ displaystyle Z}

ZА.Икс→Z-2А.-4-йY+24-йЧАСе+ΔЭ.{\ displaystyle {} _ {Z} ^ {A} \ mathrm {X} \ to {} _ {Z-2} ^ {A-4} \ mathrm {Y} + {} _ {2} ^ {4} \ mathrm {He} + \ Delta E}.

Конкретный пример:

62146С.м→ 60142Nd+24-йЧАСе+2,529М.еV{\ Displaystyle {} _ {\ 62} ^ {146} \ mathrm {Sm} \ to {} _ {\ 60} ^ {142} \ mathrm {Nd} + {} _ {2} ^ {4} \ mathrm {He} +2 {,} 529 \, \ mathrm {МэВ}}.

Альфа-частица покидает ядро ​​со скоростью от 10 000 до 20 000 км / с, что соответствует кинетической энергии в несколько МэВ . Первоначальный избыток электронов в дочернем атоме, который создается, уменьшается за счет отдачи распада и взаимодействия (баланса заряда) с окружающей материей.

Энергетический спектр

Кулоновская стена . Модельный потенциал для альфа-частицы, который состоит из короткодействующего остовного потенциала, аппроксимируемого потенциальной ямой, и дальнодействующего кулоновского потенциала.

Как и любой радиоактивный распад, альфа-распад высвобождает определенное количество энергии. Он соответствует массе, которая теряется из- за дефекта массы в процессе. Эта энергия проявляется как кинетическая энергия альфа-частицы и дочернего ядра; В некоторых случаях часть энергии может сначала оставаться в возбужденном состоянии дочернего ядра, а затем рассеиваться в виде гамма-излучения . Кинетическая энергия распределяется между двумя частицами обратно пропорционально их массам (см. Кинематику (процессы частиц) ). Следовательно, альфа-частицы, испускаемые данным нуклидом, имеют, в отличие, например, от бета-распада, только очень определенные значения кинетической энергии , т. Е. то есть его энергетический спектр представляет собой линейчатый спектр . Этот спектр характерен для соответствующего радионуклида. Следовательно, его измерение можно использовать для определения этого нуклида. Э.знак равномc2{\ displaystyle E = mc ^ {2}}

Кулоновская стена, туннельный эффект

С одной стороны, альфа-частица притягивается сильным взаимодействием , но в то же время она электрически отталкивается за счет одноименных зарядов. Более сильное ядерное взаимодействие имеет короткий радиус действия, более слабое электростатическое отталкивание — большой радиус действия. Следовательно, потенциал образует своего рода барьер, Кулоновскую стену . Стенка превышает кинетическую энергию, доступную для альфа-частицы. Согласно классической физике, альфа-частица должна быть стабильно связана в ядре; однако он может покинуть его с помощью квантово-механического туннельного эффекта . Вероятность в единицу времени для этого может быть очень маленькой. Он определяет период полураспада распада. Наблюдаемая взаимосвязь между периодом полураспада и энергией испускаемых альфа-частиц описывается правилом Гейгера-Наттолла .

Радионуклиды с альфа-распадом

Типичными альфа-излучателями, встречающимися в природе, являются уран и торий, а также продукты их распада радий и радон . Кинетическая энергия альфа-частицы обычно составляет от 2 до 5 МэВ . Однако альфа-частицы из искусственно созданных нуклидов могут иметь энергию более 10 МэВ. Альфа-энергии и периоды полураспада отдельных нуклидов можно найти в списке изотопов и они представлены на картах нуклидов .

Согласно формуле массы Бете-Вайцзеккера, альфа-распад приводит к выделению положительной энергии для всех нуклидов с массовым числом 165, потому что сумма масс альфа-частицы и дочернего ядра, вычисленная таким образом, меньше, чем масса материнское ядро. Однако у многих тяжелых нуклидов альфа-распад никогда не наблюдался. Однако в последние несколько десятилетий некоторые нуклиды, которые ранее считались стабильными, были «обнажены» как чрезвычайно долгоживущие альфа-излучатели, например, 149 Sm , 152 Gd и 174 Hf . Только в 2000-х годах альфа-распад с периодом полураспада в несколько триллионов лет также можно было обнаружить при 180 Вт и 209 Bi .

Теория

Альфа-распад из основного состояния наблюдается только у достаточно тяжёлых ядер, например, у радия-226 или урана-238. Альфа-радиоактивные ядра в таблице нуклидов появляются начиная с атомного номера 52 (теллур) и массового числа около 106—110, а при атомном номере больше 82 и массовом числе больше 200 практически все нуклиды альфа-радиоактивны, хотя альфа-распад у них может быть и не доминирующей модой распада. Среди природных изотопов альфа-радиоактивность наблюдается у нескольких нуклидов редкоземельных элементов (неодим-144, самарий-147, самарий-148, европий-151, гадолиний-152), а также у нескольких нуклидов тяжёлых металлов (гафний-174, вольфрам-180, осмий-186, платина-190, висмут-209, торий-232, уран-235, уран-238) и у короткоживущих продуктов распада урана и тория.

Альфа-распад из высоковозбуждённых состояний ядра наблюдается и у ряда лёгких нуклидов, например у лития-7. Среди лёгких нуклидов альфа-распад из основного состояния испытывают гелий-5 (распадается в α + n), литий-5 (α + p), бериллий-6 (α + 2p), бериллий-8 (2α) и бор-9 (2α + p).

Альфа-частица испытывает туннельный переход через потенциальный барьер, обусловленный ядерными силами, поэтому альфа-распад является существенно квантовым процессом. Поскольку вероятность туннельного эффекта зависит от высоты барьера экспоненциально, период полураспада альфа-активных ядер экспоненциально растёт с уменьшением энергии альфа-частицы (этот факт составляет содержание закона Гейгера — Нэттола). При энергии альфа-частицы меньше 2 МэВ время жизни альфа-активных ядер существенно превышает время существования Вселенной. Поэтому, хотя большинство природных изотопов тяжелее церия в принципе способны распадаться по этому каналу, лишь для немногих из них такой распад действительно зафиксирован.

Скорость вылета альфа-частицы составляет от 9400 км/с (изотоп неодима 144Nd) до 23 700 км/с у изотопа полония 212mPo.
В общем виде формула альфа-распада выглядит следующим образом:

 ZAX→Z−2A−4Y+α (24He){\displaystyle \ _{Z}^{A}{\rm {X}}\rightarrow _{Z-2}^{A-4}{\rm {Y}}+\alpha \ (_{2}^{4}{\rm {He}})}

Пример альфа-распада для изотопа 238U:

 92238U→90234Th+α (24He){\displaystyle \ _{92}^{238}{\rm {U}}\rightarrow _{90}^{234}{\rm {Th}}+\alpha \ (_{2}^{4}{\rm {He}})}

Альфа-распад может рассматриваться как предельный случай кластерного распада.

Конечный продукт гелий

Если альфа-частицы разрушили большую часть своей кинетической энергии после многих столкновений с веществом, они настолько медленные, что могут захватывать электроны . Это создает благородный газ гелий , самый распространенный изотоп гелия, гелий-4.

Гелий, образующийся из альфа-излучения, испускаемого в недрах Земли, относительно легко диффундирует через минералы. В пузырьках природного газа его концентрация достигает нескольких процентов, так что отдельные источники природного газа также могут быть экономично использованы для производства гелия.

Гелий в атмосфере продолжает подниматься из-за его низкой плотности; На высотах от 700 до 1700 км гелий является наиболее распространенным газом. Крошечная, но уже не его атомов достигает Земли и навсегда покидает гравитационное поле Земли.

Энергия связи нуклонов в ядре. Ядерные силы

Между нуклонами ядра действуют самые мощные силы природы – ядерные силы.

Ядерные силы – это силы притяжения, связывающие протоны и нейтроны в атомном ядре и обеспечивающие существование устойчивых ядер.

Свойства ядерных сил:

• являются силами притяжения;
• являются короткодействующими силами (действуют на малых расстояниях, не превышающих 2·10-15 м; на таком расстоянии ядерные силы больше кулоновских приблизительно в 100 раз);
• обладают свойством зарядовой независимости (ядерные силы, действующие между двумя протонами, двумя нейтронами и между протоном и нейтроном, одинаковы);
• имеют свойство насыщения (каждый нуклон взаимодействует только с ограниченным числом ближайших к нему нуклонов, а не со всеми нуклонами ядра);
• не являются центральными (не действуют по линии, соединяющей центры взаимодействующих нуклонов).

Массу ядра можно точно определить с помощью масс-спектрографов, которые разделяют заряженные частицы с разными удельными зарядами с помощью электрических и магнитных полей.

Опытным путем было установлено, что благодаря действию сил притяжения масса ядра всегда меньше суммы масс протонов и масс нейтронов, входящих в состав этого ядра:

где ​\( M \)​ – масса ядра.

Дефект масс – это величина, равная разности суммы масс входящих в ядро нуклонов и массы ядра:

где ​\( \Delta m \)​ – дефект масс.

Благодаря ядерным силам ядра атомов обладают огромной энергией связи.

Энергия связи – это энергия, которую необходимо затратить, чтобы разделить ядро на составляющие его нуклоны, или энергия, которая выделяется при образовании ядра из отдельных нуклонов:

где ​\( \Delta E_{св} \)​ – энергия связи, ​\( c \)​ – скорость света.

Если в формуле энергии связи массы протона и нейтрона выражены в килограммах, а скорость света – в метрах в секунду, то энергия связи будет измерена в джоулях. Однако в физике атома и атомного ядра энергию ядер и элементарных частиц чаще выражают в мегаэлектронвольтах (МэВ).

Энергетический эквивалент 1 а.е.м.

Поэтому энергию связи можно рассчитать следующим образом:

В этом случае энергия связи измеряется в мегаэлектронвольтах (МэВ).

Для характеристики прочности ядра используется величина, которая называется удельной энергией связи.

Удельная энергия связи – это энергия связи ядра, приходящаяся на один нуклон ядра:

где ​\( A \)​ – массовое число.

Удельная энергия связи неодинакова для разных химических элементов и даже для изотопов одного и того же химического элемента. Удельная энергия связи нуклона в ядре меняется в среднем в пределах от 1 МэВ у легких ядер до 8,6 МэВ у ядер средней массы (с массовым числом ​\( A \)​ ≈ 100). У тяжелых ядер (​\( A \)​ ≈ 200) удельная энергия связи нуклона меньше, чем у ядер средней массы, приблизительно на 1 МэВ, так что их превращение в ядра среднего веса (деление на 2 части) сопровождается выделением энергии в количестве около 1 МэВ на нуклон, или около 200 МэВ на ядро. Превращение легких ядер в более тяжелые ядра дает еще больший энергетический выигрыш в расчете на нуклон.

Зависимость удельной энергии связи от массового числа установили экспериментально. Из рисунка хорошо видно, что, не считая самых легких ядер, удельная энергия связи примерно постоянна и равна 8 МэВ/нуклон. Отметим, что энергия связи электрона и ядра в атоме водорода, равная энергии ионизации, почти в миллион раз меньше этого значения. Кривая на рисунке имеет слабо выраженный максимум. Максимальную удельную энергию связи (8,6 МэВ/нуклон) имеют элементы с массовыми числами от 50 до 60, т. е. железо и близкие к нему по порядковому номеру элементы. Ядра этих элементов наиболее устойчивы.

У тяжелых ядер удельная энергия связи уменьшается за счет возрастающей с увеличением ​\( Z \)​ кулоновской энергии отталкивания протонов. Кулоновские силы стремятся разорвать ядро.

Использует [ редактировать ]

Америций-241 , альфа-излучатель , используется в детекторах дыма . Альфа-частицы ионизируют воздух в открытой ионной камере, и через ионизированный воздух протекает небольшой ток . Частицы дыма от огня, попадающие в камеру, уменьшают ток, вызывая тревогу дымового извещателя.

Радий-223 также является альфа-излучателем . Он используется при лечении метастазов в скелете (рака в костях).

Альфа-распад может обеспечить безопасный источник энергии для радиоизотопных термоэлектрических генераторов, используемых для космических зондов и для искусственных кардиостимуляторов . Альфа-распад гораздо легче защитить от других форм радиоактивного распада.

В нейтрализаторах статического электричества обычно используется полоний-210 , альфа-излучатель, для ионизации воздуха, что позволяет «статическому электричеству» рассеиваться быстрее.

Внешние ссылки [ править ]

• LIVEChart of Nuclides — МАГАТЭ с фильтром по альфа-распаду
• Альфа-распад с 3 анимированными примерами, показывающими отдачу дочери

Использует [ редактировать ]

Америций-241 , альфа-излучатель , используется в детекторах дыма . Альфа-частицы ионизируют воздух в открытой ионной камере, и через ионизированный воздух протекает небольшой ток . Частицы дыма от огня, попадающие в камеру, уменьшают ток, вызывая тревогу дымового извещателя.

Радий-223 также является альфа-излучателем . Он используется при лечении метастазов в скелете (рака в костях).

Альфа-распад может обеспечить безопасный источник энергии для радиоизотопных термоэлектрических генераторов, используемых для космических зондов и для искусственных кардиостимуляторов . Альфа-распад гораздо легче защитить от других форм радиоактивного распада.

В нейтрализаторах статического электричества обычно используется полоний-210 , альфа-излучатель, для ионизации воздуха, что позволяет «статическому электричеству» рассеиваться быстрее.

Основной источник альфа-распада

Альфа-частицы в основном испускаются более тяжелыми атомами (атомный номер> 106), такими как торий, уран, радий и актиний. Фактически, почти 99 процентов гелия, генерируемого на Земле, происходит от альфа-распада подземных минералов, состоящих из тория или урана.

Космические лучи, исходящие из атмосферы Земли, также содержат альфа-частицы. Около 90 процентов ядер космических лучей составляют водород (протоны), 9 процентов — гелий (альфа-частицы) и 1 процент — ионы HZE. Доля изменяется в зависимости от энергетического диапазона космических лучей.

Некоторые искусственные изотопы испускают альфа-частицы: например, радиоизотопы кюрия, америция и плутония. Они создаются в ядерном реакторе путем поглощения нейтронов различными изотопами урана.

Высокоэнергетические ядра гелия также могут быть искусственно созданы ускорителями частиц, такими как синхротрон и циклотроны. Однако их обычно не называют альфа-частицами.

Опасность для живых организмов

Будучи довольно тяжёлыми и положительно заряженными, альфа-частицы от радиоактивного распада имеют очень короткий пробег в веществе и при движении в среде быстро теряют энергию на небольшом расстоянии от источника. Это приводит к тому, что вся энергия излучения высвобождается в малом объёме вещества, что увеличивает шансы повреждения клеток при попадании источника излучения внутрь организма. Однако внешнее излучение от радиоактивных источников безвредно, поскольку альфа-частицы могут эффективно задерживаться несколькими сантиметрами воздуха или десятками микрометров плотного вещества — например, листом бумаги и даже роговым омертвевшим слоем эпидермиса (поверхностью кожи), не достигая живых клеток. Даже прикосновение к источнику чистого альфа-излучения не опасно, хотя следует помнить, что многие источники альфа-излучения излучают также гораздо более проникающие типы излучения (бета-частицы, гамма-кванты, иногда нейтроны). Однако попадание альфа-источника внутрь организма приводит к значительному облучению. Коэффициент качества альфа-излучения равен 20 (больше всех остальных типов ионизирующего излучения, за исключением тяжёлых ядер и осколков деления). Это означает, что в живой ткани альфа-частица создаёт оценочно в 20 раз большие повреждения, чем гамма-квант или бета-частица равной энергии.

Всё вышеизложенное относится к радиоактивным источникам альфа-частиц, энергии которых не превосходят 15 МэВ. Альфа-частицы, полученные на ускорителе, могут иметь значительно более высокие энергии и создавать значимую дозу даже при внешнем облучении организма.

Нуклонная модель ядра. Заряд ядра. Массовое число ядра

Элементарные частицы:

• протон
  Обозначение – ​\( p \)​, заряд ​\( q_p \)​ = 1,6·10-19 Кл, масса ​\( m_p \)​ = 1,67·10-27 кг.
• нейтрон
  Обозначение – ​\( n \)​, заряд отсутствует, масса \( m_n \) = 1,66·10-27 кг.
• электрон
  Обозначение – ​\( e \)​, заряд ​\( q_e \)​ = –1,6·10-19 Кл, масса ​\( m_e \)​ = 9,1·10-31 кг.

Нуклон – это частица, входящая в состав атомного ядра.

Атомное ядро любого химического элемента состоит из протонов и нейтронов.

Массовое число – это число, которое определяет количество протонов и нейтронов в ядре и равно округленному до целого значению массы атомного ядра в а.е.м.

Обозначение – ​\( A \)​, единица измерения – 1 атомная единица массы (а.е.м.).

Массовое число равно сумме количества протонов и нейтронов в ядре:

где ​\( A \)​ – массовое число; ​\( Z \)​ – количество протонов в ядре; ​\( N \)​ – количество нейтронов в ядре.

Зарядовое число – это число, которое показывает количество протонов в ядре.

Зарядовое число равно сумме зарядов протонов, входящих в состав ядра, выраженной в элементарных электрических зарядах.

Элементарный электрический заряд равен заряду электрона:

​\( Z \)​ – порядковый номер химического элемента в периодической таблице Менделеева.

Если некоторый химический элемент обозначить ​\( {}^A_ZX \)​, это означает, что в его ядре ​\( Z \)​ – протонов и ​\( N=A-Z \)​ – нейтронов.

Измерения массы атомов показали, что практически все химические элементы имеют изотопы.

Изотопы – это атомы одного и того же химического элемента, имеющие одинаковое количество протонов, но отличающиеся количеством нейтронов в ядре.

Изотопы имеют:

• одинаковый атомный номер ​\( Z \)​ (одинаковое число протонов);
• различные массовые числа ​\( A \)​ (различное число нуклонов);
• одинаковое строение электронных оболочек;
• близкие химические свойства.

Изотопы бывают:

• стабильные – это изотопы, которые сохраняются сколь угодно долго;
• радиоактивные – это изотопы, которые превращаются в ядра других элементов с течением времени.

Изотопы водорода: водород имеет два стабильных изотопа – водород ​\( {}^1_1H \)​, дейтерий ​\( {}^2_1H \)​ и один радиоактивный изотоп тритий ​\( {}^3_1H \)​.

Физика атома и ядра (курс лекций)

12 Альфа-распад

Явление α — распада состоит в том, что тяжелые ядра самопроизвольно испускают α — частицы. Происходит самопроизвольное деление атомного ядра на α — частицу (ядро атома гелия ₂He4) и ядро-продукт. При этом массовое число нового ядра уменьшается на четыре единицы, а его зарядовое число ( атомный номер) — на две:

Частота характеризует скорость повторяемости колебательного движения. Частоту измеряют количеством полных колебаний за единицу времени

Исходное ядро _ZXA называется материнским, а ядро-продукт _Z-2YA-4 — дочерним. Известны следующие характерные эмпирические особенности α — распада:

• Альфа-распад идет только для тяжелых ядер при значениях зарядового числа Z≥82

• Периоды полураспада α радиоактивных ядер варьируются в широчайших пределах от 1,4·1017 до 10-6 с.

• Альфа-частицы, вылетающие из ядер определенного сорта, имеют, как правило, одну и ту же определенную энергию, но для разных ядер эти энергии варьируются в диапазоне от 3,99 МэВ до 8,78 МэВ.

Закон сохранения массы-энергии для α — распада имеет вид

где K_Y,K_α — соответственно кинетические энергии дочернего ядра и частицы. Материнское ядро считается неподвижным, поэтому K_X=0. Энергетический эффект α — распада — разность энергий материнского ядра и продуктов распада равен сумме кинетических энергий этих новых частиц:

Энергетический эффект α — распада можно определить соотношением

Примером α — радиоактивного изотопа может служить первый из открытых радиоактивных изотопов — изотоп урана ₉₂U238. Схема его распада имеет вид

Кинетическая энергия частицы равна 4,18 МэВ, а кинетическая энергия изотопа тория равна 0,07 МэВ.

В большинстве случаев испускается несколько групп частиц близкой, но различной энергии. Этим обусловлена тонкая структура α — спектра. Причина заключается в том, что дочернее ядро может возникать не только в нормальном, состоянии, но и в возбужденных состояниях. В возбужденном состоянии ядро находится в среднем порядка 10-8÷10-16 с. Затем переходит либо в основном состоянии, либо в менее возбужденном состоянии, но, в конечном счете, все же окажется в основное состояние. Когда ядро переходит в менее возбужденное состояние, оно излучает фотоны высокой энергии, которые обычно называют γ — фотонами. Таким образом, альфа-распад сопровождается γ — излучением. Однако ядро может передать избыток энергии непосредственно одному из электронов атомной оболочки, в результате чего этот электрон покидает атом. Это явление называется электронной конверсией. Следствием электронной конверсии будет рентгеновское излучение, когда вакантное энергетическое состояние переходит электрон внешней оболочки атома, при котором происходит излучение фотонов.

Характерной особенностью распада является сильная зависимость периода полураспада от энергии вылетающей α — частицы K_α. Эта зависимость выражается законом Гейгера — Наталла

Этот закон теоретически был объяснен квантовомеханическим туннельным эффектом.

История исследований

Альфа-излучение было первой обнаруженной формой радиоактивности. Антуан Анри Беккерель открыл его в 1896 году, почернев светонепроницаемые упакованные фотопластинки солями урана . Дальнейшие исследования Мари Кюри и Пьера Кюри привели, среди прочего, к выделению продуктов распада урана, радия и полония, и к доказательству того, что они также являются альфа-излучателями. За это достижение трое исследователей получили в 1903 году Нобелевскую премию по физике .

В 1898 году Эрнест Резерфорд показал, что разные типы ионизирующего излучения можно различать по разным проникающим способностям, и ввел термины α и β излучение. В 1899 году Стефан Мейер , Эгон Швайдлер и Фридрих Гизель продемонстрировали дифференциацию через различные отклонения магнитного поля.

Наблюдая за спектральными линиями во время газового разряда , Резерфорд смог доказать идентичность альфа-частиц ядрам гелия в 1908 году.

В 1911 году Резерфорд использовал альфа-лучи в своих экспериментах по рассеянию, что привело к созданию атомной модели Резерфорда .

В 1913 году Казимир Фаянс и Содди установить на радиоактивные смещения теоремы, определяющие нуклид , полученный в процессе альфа — распада .

С альфа-лучами, поражающими атомные ядра азота, Резерфорд впервые в 1919 году смог наблюдать искусственное преобразование элементов: в результате ядерной реакции был образован кислород 14 N (α, p) 17 O или, более подробно,

 7-е14-еN+24-йα→ 8-е17-еО+11п{\ displaystyle _ {\ 7} ^ {14} \ mathrm {N} + {} _ {2} ^ {4} \ alpha \ to {} _ {\ 8} ^ {17} \ mathrm {O} + { } _ {1} ^ {1} \ mathrm {p}}.

В 1928 году Джордж Гамов нашел квантово-механическое объяснение альфа-распада через туннельный эффект , см. Также фактор Гамова .

Похожие записи:

Гадание на таро «будем ли мы вместе?» Какой праздник 10 апреля Лунный календарь на каждый день Как планеты в натальной карте влияют на судьбу человека Троллейбус Лунный календарь стрижек на 2020 год