Лфа-ыдырау. Әлфа-ыдырау заңдылықтары, механизмі. Әлфа-бөлшектердің энергиялары, спектрі.

Альфа-ыдырау деп ауыр ядролардың өздігінен a-бөлшектер шығарып түрленуін атайды. Альфа-ыдырау кезінде аналық (А,Z) ядро, ұрпақтық (А-4, Z-2) ядроға айналады.

(10.1)

Бұл кезде ядроның массалық саны 4-ке, атомдық нөмері 2-ге кемиді. Альфа-ыдыраудың негізгі сипаттамалары; барлық радиоактивтік ыдырау сияқты, ыдырау бақыланатын ядролар, ыдыраудың Т_1/2 жартылай периоды, шығарылатын a-бөлшектердің кинетикалық энергиясы. Альфа-ыдырауды осылармен қатар, бөлшектердің жүрімімен де сипаттайды.

Альфа-ыдыраудың жартылай ыдырау периодын Т_1/2 дайындаманың активтілігінің уақытқа тәуелділігін тікелей өлшеу арқылы анықтауға болады. Оны ғасырлық тепе-теңдіктен де анықтауға болады.

Алғашқы тәжірибелерде альфа-бөлшектердің кинетикалық энергиясы заттағы жүрімімен анықталды. Бөлшектің заттағы жүрімі мен кинетикалық энергиясының арасындағы тәуелділік теориялық немесе эмпирикалық жолмен тағайындалады. Альфа-бөлшектердің ауадағы жүрімі оның энергиясымен, бірінші жұықтауда, дәрежелік тәуелділікте болады:

(10.2)

Мұндағы R см-мен Т_α МэВ-пен алынады.

Альфа-бөлшектердің жүрімдері мен энергияларын, әртүрлі альфа-радиоактивті ядролардың жартылай ыдырау периодтарын өлшеулерден a-ыдыраудың мынадай ерекшеліктері мен заңдылықтары байқалады.

1. 1911-жылы Гейгер мен Нетолл табиғаттағы 3 радиоактивтік қатар үшін альфа-ыдырау тұрақтысы мен шығарылатын бөлшектердің жүрімі арасындағы тәуелділікті
(10.3)

тағайындағы. Мұндағы А-тұрақты барлық қатарлар үшін бірдей де, ал В- тұрақтысының әртүрлі қатарлар үшін айырмашылығы 5% шамасы. Энергия мен жүрім арасындағы дәрежелік тәуелділікті қолданып ыдырау тұрақтысы мен альфа бөлшектің энергиясы арасындағы тәуелділікті

(10.4) жазуға болады.

2. Ерекше назар бөлетін жағдай альфа-бөлшектердің кинетикалық энергиясының өзгеру алқабының онша кең емес, ал жартылай ыдырау периодының өзгеру алқабының өте кеңдігі. Осы уақытта дейінгі белгілі a-активті ядролар үшін альфа бөлшектердің энергиялары 4 МэВ пен 9 МэВ аралығында жатса, олардың жартылай ыдырау периодтары
10^-7с-тан 10¹⁰ жылға дейін қамтиды.

(10.5)

1,8 МэВ-қа дейін төмендейді, ал жартылай ыдырау периоды 10¹⁷ жылға жетеді. Бірақ олардың саны өте аз.

3. Периодтық кестедегі барлық элементтерді екі топқа-альфа радиоактивті және альфа-нық ядроларға бөлетін айқын жік байқалады. Әлбетте, альфа-радиоактитілік (қорғасыннан ауыр) ядроларға тән. Альфа-бөлшектердің кинетикалық энергиялары Z артқанда артады. Бұған тек бірнеше сирек жерлік элементтердің изотоптары және кейбір жасанды ядролар кірмейді.

4. Бір элементтің изотоптары үшін бөлшектердің энергиясы массалық сан артқанда кемиді (3.2-сурет). Бұл заңдылық жұп-жұп ядролар үшін айқын байқалады. Бұл заңдылықты берілген элементтің белгісіз изотопының шығаратын a-бөлшектерінің энергиясын болжауға пайдаланады. Егжей-тегжейлі зерттеу бұл заңдылықтың 209<A<215 ядролар үшін орындалмайтынын көрсетеді.

5. Дәл әдістерді қолданып өлшеулер кейбір ядролардың альфа-спектріне нәзік түзіліс тән екенін, яғни, ядролардың, энергиялары бір емес, бірнеше мәнді альфа бөлшектер шығаратынын көрсетті. Мұндай ядроға мысал бола алады. Бұл ядроның шығаратын a-бөлшектерінің энергияларының тізімі 10.1-кестеде келтірілген.

10.1-кесте

Ұрпақ ядро сфералық симметриялы емес альфа-ыдыраулар үшін нәзік түзіліс сызықтарының көбірек болатыны және энергиясы азырақ топтың үлесі де азырақ болатыны байқалады.

Энергияның сақталу заңы бойынша, альфа-ыдырау орын алу үшін,

болуы керек. Бұл шарт орындалса, a-ыдырау энергиясы

(10.6)

болады.

Сонымен, a-ыдырау орын алу үшін, Е_a>0 немесе e_a<0 болуы керек. Ыдырау барысында бұл энергия, пайда болған бөлшектердің (ұрпақ ядро мен альфа бөлшектің) кинетикалық энергиясы түрінде байқалады:

(10.7)

Соныменқатар ыдырау барысында импульстың сақталу заңы орындалуы керек, яғни

(10.8)

Мұндағы -сәйкес a-бөлшек пен ұрпақ ядроның импульстері, олардың кинетикалық энергиялары, Р мен Т- аналық ядроның импульсі мен кинетикалық энергиясы. Егер тыныш тұрған ядро ыдыраса

(10.9)

шығады. Ядроның массалық А санының оның массаның атомдық бірлігімен алынған массасына өте жақын (А»М м.а.б.) екенін ескеріп,

(10.10)

өрнегін пайдалануға болады.

Сонымен, альфа-ыдырау барысында ыдырау энергиясының басым бөлігін бөлшектің кинетикалық энергиясы, ал тек мардымсыз (А»200 шамалас ауыр ядролар үшін»2%) кішкене ғана бөлігін ядроның кинетикалық энергиясы құрады. Мысалы, жоғарыда аталған ядросы шығаратын a-бөлшектерінің негізгі тобының энергиясы 8,780МэВ. Осыдан ұрпақ ядроның тебілу энергиясы

ал ядроның ыдырау энергиясы

Альфа-ыдырау үшін ол ұрпақ ядро мен ядроларының тыныштық энергияларының қосындысы:

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском: