Закономерности b-распада

Существуют три вида b-распада: электронный (b^–), позитронный (b⁺) и K-захват. В первом случае из ядра вылетает электрон, во втором — позитрон, а при K-захвате ядро поглощает одни из электронов K-оболочки.

Первоначально предполагалось, что b^–-распад протекает по схеме

,

(36.13)

которая объяснялась распадом одного из нейтронов внутри ядра с образованием протона и электрона:

,

(36.14)

Однако такое объяснение имеет ряд затруднений.

1. В реакции (36.14) нарушается закон сохранения спина. В самом деле, спины всех трех частиц в этой реакции одинаковы (S=1/2), поэтому 1/2=1/2+1/2, что невозможно.

2. Энергия электронов должна быть строго определенной (рис. 36.4, а), поскольку строго определенными являются энергии нейтрона и протона:

,

(36.15)

Рис. 36.4

Между тем, опыт показывает, что при b^–-распаде энергии электронов изменяются в широких пределах (рис. 36.4, б): от нуля до некоторого максимального значения, вычисляемого по формуле (36.15).

3. Измеренная с помощью прямых калориметрических опытов суммарная энергия электронов оказалась меньше, чем ее значение, вычисленное с помощью (36.15). В связи с этим Н. Бор даже высказал предположение о возможном нарушении закона сохранения энергии в элементарных процессах.

Эти затруднения были преодолены в 1934 г., когда В. Паули высказал гипотезу о том, что при b-распаде из ядра одновременно вылетают две частицы — электрон и нейтрино.

Нейтрино имеет нулевой заряд, спин 1/2ћ и весьма малую (вероятно, нулевую) массу покоя. Эта частица может принимать участие только в слабых взаимодействиях (см. § 37.1) и поэтому характеризуется высокой проникающей способностью. Например, нейтрино с энергией 1 МэВ может пройти слой свинца толщиной 10¹⁸ м. Тем не менее, эта частица была зарегистрирована в 1951 г. в опытах с использованием потоков нейтрино большой интенсивности, возникающих вблизи ядерных реакторов.

Впоследствии выяснилось, что при b-распаде возникают нейтрино двух типов: при b⁺-распаде — нейтрино (обозначается n), а при b^–-распаде — антинейтрино ( ). Эти частицы отличаются ориентацией спина по отношению к импульсу: у нейтрино спин и импульс ориентированы в противоположные стороны, а у антинейтрино — в одну и ту же сторону.

В современной трактовке b^–-распад протекает по схеме:

(36.16)

Эта реакция идет с соблюдением закона сохранения спина: 1/2=1/2+1/2-1/2.

Сплошной энергетический спектр электронов объясняется тем, что энергия (формула (36.15)) случайным образом перераспределяется между антинейтрино и электроном. В опытах по измерению суммарной энергии, выделяющейся в b-радиоактивном источнике, происходит лишь кажущееся нарушение закона сохранения энергии, поскольку часть энергии уносится из калориметра нейтрино, которые не регистрируются в этих опытах.

Таким образом, с учетом нейтрино все отмеченные трудности снимаются.

При b^–-распаде в ядре происходит распад протона с образованием нейтрона, позитрона и нейтрино:

(36.17)

Позитрон является античастицей по отношению к электрону. Эти частицы имеют одинаковую массу и спин, но отличаются знаком заряда.

Распад протона по схеме (36.17) возможен лишь в том случае, если он находится внутри ядра, где заимствует недостающую энергию у других нуклонов. Поскольку масса протона меньше массы нейтрона, то для свободного протона процесс распада по схеме (36.17) невозможен, поскольку при этом нарушался бы закон сохранения энергии.

Третий тип b-распада (K-захват) заключается в том, что ядро поглощает один из электронов K-оболочки, в результате один из протонов ядра превращается в нейтрон, испуская при этом нейтрино:

.

Лекція 50.

Ефект Мессбауера. Ядернi реакцiї. Подiл ядер. Ланцюгова реакцiя подiлу. Ядерний реактор. Термоядернi реакцiї синтезу. Дозиметрiя.

Поиск по сайту: