Альфа-розпад - велика українська енциклопедія - електронна версія
АЛЬФА-РАСПАД (α -рас-пад), ис-пус-ка-ня атом-ним ядром аль-фа-годину-ти-ці (отрута-ра 4 He). А.-р. з ос-нов-но-го (не-мож-бу-ж-Ден-но-го) з-стоячи-ня отрута-ра на-зи-ва-ють так-же аль-фа-ра-діо-ак -тів-но-стю.
Тер-мін «α -лу-чі» був вве-Ден незаба-ре по-сле від-кри-ку А. А. Бек-ке-ре-лем в 1896 ра-діо-ак-тив-но-сті для обо-зна-че-ня най-ме-неї про-ні-каю-ще-го ві-да з-лу-че-ня, ис-пус-кає-мо-го ра-діо-ак-тив-ни -ми ве ще ст-ва-ми. У 1909 Е. Ре-зер-форд і Т. Ройдс до-ка-за-ли, що α-годину-ти-ці яв-ля-ють-ся два-ж-ди в.о.-ні-зо-ван-ни -ми ато-ма-ми ге-лія.
При А.-р. мас-со-ше чис-ло А ма-те-рин-ско-го отрута-ра умень-ша ет ся на 4 оди-ні-ці, а за-ряд (чис-ло про щось-нів) Z - на 2: $$<^AZ→\,^(Z–2) + ^4_2He+Q>. \ Tag1 $$ Енер-гія Q. ви-де-ляю-щая-ся при А.-р. оп-ре-де-ля-ет-ся раз-но-стю мас ма-те-рин-ско-го отрута-ра і про-их про-дук-тов рас-па-да. А.-р. енер-ге-ти-че-скі воз-мо-дружин, ес-ли ве-ли-чи-на Q по-ло-жи-тель-на. Це ус-ло-віє ви-пол-ня-ет-ся поч-ти для всіх ядер з А> 150. На-блю-дае-мі ча-ме-на жит-ні α-ра-діо-ак-тивних ядер ле-жать в пре-де-лах від 10 17 років (204 Pb) до 3 · 10 -7 сек ( 212 Po). Од-на-ко у мн. слу-ча-ях ча-ме-на жит-ні ядер (пе-ріо-ди по-лу-рас-па-да), для ко-то-яких Q> 0, ока-зи-ва-ють-ся занадто-ком біль-ші-ми і аль-фа-ра-діо-ак-тив-ність на-блю-дати не уда-ет-ся. Кі-ні-тич. енер-гія α-годину-тиц через ме-ня-ет-ся від 1,83 МеВ (144 Nd) до 11,65 МеВ (з-мер 212 m Po).
З-вест-но св. 300 α-ра-діо-ак-тив-них нук-ли-дів, по-лу-чен-них в осн. ис-кус-ст-вен-но. Як і давши-ляю-ний біль-шин ст у їх від-но-сит-ся до еле-мен-там, рас-по-ло-дружин-ним в пе-ріо-дич. сис-те-ме за свин-цом (Z> 82). ІМЕ-ет-ся груп-па α-ра-діо-ак-тив-них нук-ли-дів в об-лас-ти лан-та-а-і-дов (А = 140-160), а так- само не-біль-шая груп-па ме-ж-ду лан-та-а-і-так-ми і свин-цом. В ядер-них ре-ак-ци-ях з тя-ж-ли-ми в.о.-на-ми син-ті-зи-ро-ва-но дек. ко-рот-ко-жи-ву-ють α -з-лу-чаю-щих нук-ли-дів з А = 106-116.
Альфа-спектроскопія
Аль-фа-годину-ти-ці, ви-ле-таю-щие з ма-те-рин-ських ядер при їх рас-па-де, зви-но об-ра-зу-ють дек. груп з разл. енер-ги-їй. Розподіл цих груп по енергіях на-зи-ва-ет-ся енер-ге-тич. спік-тром, а про-ласть екс-пе-рим. фі-зи-ки, за-ні-травня-щая-ся изу-че-ні-му спек-тров α-годину-тиц, - аль-фа-спек-тро-ско-пі-їй. Ка-ж-дая з ліній спік-тра со-від-вет-ст-ву-ет оп-ре-де-льон-но-му со-стоячи-ня (рів-ню енер-гии) до-чер-ні -го отрута-ра. За-да-чий альфа-спек-тро-ско-ПІІ яв-ля-ет-ся через ме-ре-ня енер-гии і ін-тен-сів-но-сті ка-ж-дою з груп α - годину-тиц, а так-же ча-Мен жит-ні рас-па-даю щих-ся ядер. Ці дан-ні по-зво-ля-ють оп-ре-де-лять ха-рак-те-ри-сти-ки від. рів-ній до-чер-ні-го отрута-ра - їх енер-гии воз-бу-ж-де-ня, спи-ни, чет-но-сті, а так-же ве-ро-ят-но сти їх об-ра-зо-ва-ня. За-лу-чен-ва спік-тро-ско-піч. ін-фор-ма-ція ока-зи-ва-ет-ся важ-ним, а іно-гда і єдиний-ст-вен-ним ис точ-ні-кому све-де-ний про струк-ту-ре як до-чер-ні-го, так і ма-те-рин-ско-го ядер. В по-слід-неї ча-ма аль-фа-спек-тро-ско-Пія ста-ла од-ним з важ-ней-ших ме-то-дів ис-сле-до-ва-ня, ис-поль -зуе-мих при син-ті-зе над-тя-ж-лих еле-мен-тов.
Через ме-ре-ня енер-гии і ін-тен-сів-но-сті α-годину-тиц, ис-пус-кає-мих рас-па-даю-щі-ми-ся отрута-ра-ми, про-з-під-дять аль-фа-спек-тро-мет-ра-ми. Ча-ще все-го ис-поль-зу-ють крем-ня-ші по-лу-про-вод-ні-ко-ві де-тек-то-ри разл. ти-пов, по-зво-ляю щие по-лу-чить енер-ге-тич. раз-ре-ху до 12 кеВ (для α-годину-тиц з енер-ги-їй 6 МеВ) при світло-си-ле по-ряд-ка 0,1%. Бо-леї ви-со-кое раз-ре-ху мо-же бути по-лу-че-но з по-мо-гою маг-ніт-них спік-тро-мет-рів, маю щих, од -на-ко, зна-чи-тель-но мен-шую світло-си-лу і від-ли-чаю-чих-ся складність ної і гро-мозд-кою кон-ст-рук-ци-їй.
періоди напіврозпаду
Од-на з осо-бен-но-стей α-ра-діо-ак-тив-но-сті со-сто-ит в тому, що при срав-ні-тель-але не-біль-шом раз-ли ності в енер-гии α-годину-тиц ча-ме-на жит-ро-ті-рин-ських ядер раз-ли-ча-ють-ся на мно-го по-ряд-ков. Ще за-дол-го до ство-да-ня тео-рії α-ра-діо-ак-тив-но-сті б-ло ус-та-нов-ле-но ем-пі-річ. со-від-но-ху (Гей-ге-ра - Ні-тол-ла за-кон), свя-зи-ваю-ний пе-ри-од по-лу-рас-па-да $ Т_ $ з енер-ги-їй рас-па-да $ Q $:
$$ \ lg T_ \ propto1 / \ sqrt Q. \ tag2 $$
Це з-від-но-ху промінь-ше все-го ви-пол-ня-ет-ся для пе-ре-хо-дів ме-ж-ду осн. со-стоячи-ня-ми ядер з чет-ним чис-лом ній-тро-нів і про щось-нів.
Теорія альфа-розпаду
Кулонівський потенціал U (r) ядра: 1 - потенційна яма; 2 - кулонівський бар'єр. Eα - енергія α-частинки.
Про-стей-Шая тео-рія А.-р. пред-ло-же-на Г. Га-мо-вим в 1927, вона яви-лась пер-вим при-ло-же-ні-му толь-ко що ство-дан-ної кван-то-вої ме-ха -ні-ки до опи-са-нию ядер-них яв-ле-ний. Ця тео-рія рас-гля-ри-ва-ла дві-же-ня α-годину-ти-ці в по-тен-ци-аль-ної ямі з ку-ло-нів-ським барь-е-ром ( Мал.). Т. к. Ви-со-та ку-ло-нів-ско-го барь-е-ра у тя-ж-лих ядер склад-ля-ет 25-30 МеВ, а енер-гія α-годину-тиц все -го лише 5-10 МеВ, то їх ви-років з отруту-ра за-пре-щён за-ко-на-ми клас-січ. ме-ха-ні-ки і мо-же про-ис-хо-дить толь-ко за рахунок кван-то-по-ме-ха-нич. тун-нель-но-го еф-ФЕК-та. Іс-поль-чаплі уп-ро-щён-ву фор-му барь-е-ра і пред-по-ла-гаю, що α-годину-ти-ца на-хо-дить-ся внут-ри отрута-ра , мож-но по-лу-чить для ве-ро-ят-но-сті А.-р. ви-ра-же-ня, екс-по-нен-ци-аль-но за-ві-ся-ний від енер-гии α-годину-ти-ці, т. е. ви-ра-же-ня ти -па (2). Тео-рія Га-мо-ва ус-та-а-ві-ла, що осн. фак-тором, оп-ре-де-ляю-щим ве-ро-ят-ність А.-р. і її за-ві-сі-ність від енер-гии α-годину-ти-ці та за-ря-да отрута-ра, яв-ля-ет-ся ку-ло-нів-ський барь-ер.
Суч. під-хід до опи-са-нию А.-р. опи-ра-ет-ся на ме-то-ди, ис-поль-Зуї-мі в тео-рії ядер-них ре-ак-цій. Ве-ро-ят-ність А.-р. λ (ве-ли-чи-ну, про-рат-ву пе-ріо-ду по-лу-рас-па-да Т 1/2 з точ-но-стю до мно-жи-ті-ля ln2 = 0,693 ) мож-но пред-ста-вить як про-з-ве-де-ня трьох з-мно-жи-ті-лей:
Ба-жи-тель S. на-зи-ває-мий спік-тро-ско-піч. фак-то-ром, оп-ре-де-ля-ет ве-ро-ят-ність то-го, що α-годину-ти-ца мо-же сфор-ми-ро-вать-ся в дан-ном ма-те-рин-ському отрута-ре з двох про щось-нів і двох ній-тро-нів. Ця ве-ро-ят-ність за ві сит від внутр. струк-ту-ри як на-чат ко-но-го, так і ко-неп-но-го ядер. Фак-тор Р є ве-ро-ят-ність про-хо-ж-де-ня ку-ло-нів-ско-го барь-е-ра (його про-ні-цае-ність) α-годину-ти -цей за-дан-ної енер-гии. Тре-тий мно-жи-тель ν - це чис-ло по-пи-ток в оди-ні-цу ча-ме-ні про-ник нуть че-рез барь-ер. Ес-ли б на отруту-ре су ще ст-во-ва-ла ре-аль-ва α-годину-ти-ца, то ве-ли-чи-на ν б-ла б близ-ка до годину -то-ті со-уда-ре-ний α-годину-ти-ці з барь-е-ром, т. е. оди-ні-це, де-льон-ної на ча-ма про-ле-та α -годину-ти-цей діа-мет-ра отрута-ра. Іс-тин-ва ве-ли-чи-на ν НЕ силь-но від-ли-ча ет ся від той-який оціню-ки.
Та-ким об-ра-зом, А.-р. яв-ля-ет-ся двох-ста-дій-ним про-цес-сом: вна-ча-ле α-годину-ти-ца долж-на віз-ник нуть і співаючи-вить-ся на по-верх -но-сти рас-па-даю-ще-го-ся отрута-ра, а за-тим прой-ти крізь по-тен-ци-аль-ний барь-ер. Рас-смот-рен-ва ви-ше тео-рія хо-ро-шо вос-про-з-під-дит екс-пе-рим. дан-ні та по-зво-ля-ет через вле-кати з них важ-ву ін-фор-ма-цію про струк-ту-ре отрута-ра. У ча-ст-но-сті, б-ло по-ка-за-но, що, хо-тя α-годину-ти-ці і не су ще ст-ву-ють внут-ри тя-жё- лих ядер по-сто-ян-но, в по-верх-но-ст-ном шарі ядер ну-кло-ни в-во-дять зна-чит. до-лю ча-ме-ні в со-ста-ве аль-фа-годину-тич-них груп-пи-ро-вок, на-зи-ває-мих аль-фа-кла-сте-ра-ми.
Альфа-розпад збуджених ядер
От-дель-ні слу-чаї рас-па-да з ниж-них віз-бу-ж-Ден-них со-стоячи-ний тя-ж-лих ядер, при-во-дя-щих до ис-пус- ка-нию т. н. довжин-нопрі-беж-них α-годину-тиц, з-вест-ни давши-но і при-чис-ля-ють-ся до яв-ле-нию α-ра-діо-ак-тив-но-сті . Довжин-но-про-беж-ні α-годину-ти-ці по-лу-ча-ють до-пол-ніт. енер-гію за рахунок енер-гии воз-бу-ж-де-ня рів-ня, ко-то-раю до-бав-ля-ет-ся до енер-гии рас-па-да Q. Як пра-ві -ло, А.-р. віз-бу-ж-Ден-них ядер изу-ча ет ся з по-мо-гою ядер-них ре-ак-цій, і рас-смот-рен-ва ви-ше тео-рія пів-но стю при-ме-ні-ма і до цих про-цес-сам. На-спостерігалися-мі ча-ме-на жит-ні віз-бу-ж-Ден-них со-стоячи-ний ядер ле-жать в діа-па-зо-ні від 10 -11 с до 10 -22 с. Ні-ко-то-які рас-па-даю-щие-ся з-стоячи-ня ліг-ких ядер име-ют спік-тро-ско-піч. фак-то-ри, поблизу-кі до оди-ні-це, що по-зво-ля-ет го-во-рить про альфа-годину-тич-ної струк-ту-бу ва-ких ядер (див. Кла -стер-ва мо-дель отрута-ра). Ізу-че-ня А.-р. ви-со-ко-воз-бу-ж-Ден-них со-стоячи-ний ядер - один з важ-них ме-то-дів дослі-до-ва-ня ядер-ної струк-ту-ри при біль- ших енер-ги-ях воз-бу-ж-де-ня.