Уравнение бета распада в общем виде

БЕ́ТА-РАСПА́Д

БЕ́ТА-РАСПА́Д ( $β$ -рас­пад) ядер, ра­дио­актив­ный рас­пад ос­нов­ных или воз­бу­ж­дён­ных со­стоя­ний ядер, при ко­то­ром про­ис­хо­дит ро­ж­де­ние элек­тро­на $\text e^–$ и элек­трон­но­го ан­ти­ней­три­но $ν͂_\text e$ (элек­трон­ный Б.-р., $β^–$ -рас­пад) или по­зи­тро­на $\text e^<+>$ и элек­трон­но­го ней­три­но (по­зи­трон­ный Б.-р., $β^+$ -рас­пад). При этом за­ряд рас­па­даю­ще­го­ся яд­ра из­ме­ня­ет­ся на од­ну эле­мен­тар­ную еди­ни­цу за­ря­да (уве­ли­чи­ва­ет­ся при элек­трон­ном рас­па­де и умень­ша­ет­ся при по­зи­трон­ном рас­па­де): $$A(Z,N)→A(Z±1, N∓1)+ \text e^<–(+)>+ ν͂_\text e(ν_\text e). $$ Здесь $A$ – мас­со­вое чис­ло, $Z$ – за­ряд яд­ра, $N$ – чис­ло ней­тро­нов. Элект­рон или по­зит­рон, ис­пу­скае­мый при Б.-р., на­зы­ва­ет­ся бе­та-ча­сти­цей .

Альфа-распад. Бета-распад. Ядерные реакции

Ядра большинства атомов – это довольно устойчивые образования. Однако ядра атомов радиоактивных веществ в процессе радиоактивного распада самопроизвольно превращаются в ядра атомов других веществ. Так в 1903 году Резерфорд обнаружил, что помещенный в сосуд радий через некоторое время превратился в радон. А в сосуде дополнительно появился гелий: \(88^<226>Ra\rightarrow86^<222>Rn+2^4\) He. Чтобы понимать смысл написанного выражения, он изучил тему о массовом и зарядовом числе ядра атома.

Удалось установить, что основные виды радиоактивного распада – альфа и бета-распад – происходят согласно следующему правилу смещения.

Альфа-распад

При альфа-распаде излучается α-частица (ядро атома гелия). Из вещества с количеством протонов \(Z\) и нейтронов \(N\) в атомном ядре оно превращается в вещество с количеством протонов \(Z-2\) и количеством нейтронов \(N-2\) и, соответственно, атомной массой \(A-4\) . То есть происходит смещение образовавшегося элемента на две клетки назад в периодической системе.

Пример α-распада: \(92^<238>U\rightarrow90^<234>Th+2^4\) He.

Альфа-распад – это внутриядерный процесс. В составе тяжелого ядра за счет сложной картины сочетания ядерных и электростатических сил образуется самостоятельная α-частица, которая выталкивается кулоновскими силами гораздо активнее остальных нуклонов. При определенных условиях она может преодолеть силы ядерного взаимодействия и вылететь из ядра.

Бета-распад

При бета-распаде излучается электрон ( \(\beta\) -частица). В результате распада одного нейтрона на протон, электрон и антинейтрино состав ядра увеличивается на один протон, а электрон и антинейтрино излучаются вовне. Соответственно, образовавшийся элемент смещается в периодической системе на одну клетку вперед.

Пример \(\beta\) -распада: \(19^<40>K\rightarrow20^<40>Ca+_<-1>\ ^0e+_0\ ^0v\) .

Бета-распад – это внутринуклонный процесс. Превращение претерпевает нейтрон. Существует также бета-плюс-распад или позитронный бета-распад. При позитронном распаде ядро испускает позитрон и нейтрино, а элемент смещается при этом на одну клетку назад по периодической таблице. Позитронный бета-распад обычно сопровождается электронным захватом.

Гамма-распад

Кроме альфа и бета-распада существует также гамма-распад. Гамма-распад – это излучение гамма-квантов ядрами в возбужденном состоянии, при котором они обладают большой по сравнению с невозбужденным состоянием энергией. В возбужденное состояние ядра могут приходить при ядерных реакциях, либо при радиоактивных распадах других ядер. Большинство возбужденных состояний ядер имеют очень непродолжительное время жизни – менее наносекунды.

Также существуют распады с эмиссией нейтрона, протона, кластерная радиоактивность и некоторые другие, очень редкие виды распадов. Но превалирующие виды радиоактивности это альфа, бета и гамма-распад.

Можно описать и так, что альфа-распад – это вид радиоактивного распада ядра, в результате которого происходит испускание дважды магического ядра гелия \(^4\) He – альфа-частицы. При этом массовое число ядра уменьшается на 4, а атомный номер – на \(2\) . Альфа-распад наблюдается только у тяжелых ядер (атомный номер должен быть больше 82, массовое число должно быть больше \(200\) ). Альфа-частица испытывает туннельный переход через кулоновский барьер в ядре, поэтому альфа-распад является существенно квантовым процессом. Поскольку вероятность туннельного эффекта зависит от высоты барьера экспоненциально, период полураспада альфа-активных ядер экспоненциально растет 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 \(^<144>\) Nd) до \(23700\) км/с (у изотопа полония \(^<212m>\) Po). В общем виде формула альфа-распада выглядит следующем образом:

Пример альфа-распада для изотопа \(^<238>U\) :

Альфа-распад может рассматриваться как предельный случай кластерного распада.

Впервые альфа-распад был идентифицирован британским физиком Эрнестом Резерфордом в 1899 году. Одновременно в Париже французский физик Пол Виллард проводил аналогичные эксперименты, но не успел разделить излучения раньше Резерфорда. Первую количественную теорию альфа-распада разработал советский и американский физик Георгий Гамов.

Какой вид иони­зи­ру­ю­щих из­лу­че­ний из пе­ре­чис­лен­ных ниже наи­бо­лее опа­сен при внеш­нем об­лу­че­нии че­ло­ве­ка?

Де­тек­тор ра­дио­ак­тив­ных из­лу­че­ний по­ме­щен в за­кры­тую кар­тон­ную ко­роб­ку с тол­щи­ной сте­нок \(\approx1\) мм. Какие из­лу­че­ния он может за­ре­ги­стри­ро­вать?

Какой заряд \(Z\) и мас­со­вое число А будет иметь ядро эле­мен­та, по­лу­чив­ше­го­ся из ядра изо­то­па \(_<84>^<215>\) Po после од­но­го \(\alpha\) -рас­па­да и од­но­го элек­трон­но­го \(\beta\) -рас­па­да?

\(\alpha\) -из­лу­че­ние – это

В результате одного \(\alpha\) -распада и одного \(\beta\) -распада из радиоактивного изотопа лития \(_3^8Li\) образуется изотоп

Естественная радиоактивность – это

\(\alpha\) -излучение представляет собой поток

Ядерная реакция имеет вид \(x+_1^1H \rightarrow _<11>^<22>Na+_2^4He\) . Определите недостающий элемент.

Ядерная реакция имеет вид \(_2^4He + _4^9Be \rightarrow _6^<12>C+x\) . Определите недостающий продукт реакции.

Ядро бериллия \(9^4\) Ве сталкивается с частицей, при этом продуктом реакции оказались один нейтрон и ядро изотопа некоторого элемента. Определите этот элемент.

Каково массовое число ядра \(X\) в реакции \(^<247>_<96>\!Cm + ^<4>_<2>\!He → X + 2^1_0n?\)

Определите число \(α\) и \(β\) распадов при превращении ядра урана \(_<92>^<238>\!U\) в ядро свинца \(_<82>^<206>Pb\) .

Определите массовое число и порядковый номер элемента, образовавшегося из урана \(_<92>^<238>\) U , если с ним произошло \(3\ \alpha\) -распада и \(2\ \beta\) -распада.

Определите массовое число ядра \(X\) в реакции деления урана.

Из приведенных реакций выберите те, которые соответствуют термоядерным.

Альфа-распад

При альфа-распаде излучается α-частица (ядро

Альфа-распад – это внутриядерный процесс. В составе тяжелого ядра за счет сложной картины сочетания ядерных и электростатических сил образуется самостоятельная α-частица, которая выталкивается кулоновскими силами гораздо активнее остальных нуклонов. При определенных условиях она может преодолеть силы ядерного взаимодействия и вылететь из ядра.

При бета-распаде излучается электрон (β-частица). В результате распада одного нейтрона на протон, электрон и антинейтрино, состав ядра увеличивается на один протон, а электрон и антинейтрино излучаются вовне. Соответственно, образовавшийся элемент смещается в периодической системе на одну клетку вперед.

Гамма-распад

Гамма-распад – это излучение гамма-квантов ядрами в возбужденном состоянии, при котором они обладают большой по сравнению с невозбужденным состоянием энергией. В возбужденное состояние ядра могут приходить при ядерных реакциях либо при радиоактивных

Существуют распады с эмиссией нейтрона, протона, кластерная радиоактивность и некоторые другие, очень редкие виды распадов. Но превалирующие виды радиоактивности это альфа, бета и гамма распад.

Изменение заряда ядра Z

Изменение массового числа А

Вылет α-частицы – системы двух протонов и двух нейтронов, соединенных воедино

Взаимные превращения в ядре нейтрона ( ) и протона ( )

Электронный захват (е – -или К-захват)

и – электронное нейтрино и антинейтрино

Деление ядра обычно на два осколка, имеющих приблизительно равные массы и заряды