Gjysma e jetës së bërthamave të njohura α-radioaktive ndryshojnë shumë. Kështu, izotopi i tungstenit 182 W ka një gjysmë jetëgjatësi T 1/2 > 8,3·10 18 vjet, dhe izotopi i protaktiniumit 219 Pa ka T 1/2 = 5,3·10 -8 s.

Oriz. 2.1. Varësia nga gjysma e jetës element radioaktiv nga energjia kinetike e një grimce α të një elementi natyral radioaktiv. Vija e ndërprerë është ligji Geiger-Nattall.

Për izotopet çift, varësia e gjysmëjetës nga energjia e kalbjes α Q α përshkruar nga empirike Ligji Geiger-Nettol

ku Z është ngarkesa e bërthamës përfundimtare, gjysma e jetës T 1/2 shprehet në sekonda dhe energjia e grimcës α E α është në MeV. Në fig. 2.1 tregon vlerat eksperimentale të gjysmë-jetës për izotopet α-radioaktive të njëtrajtshme (Z varion nga 74 në 106) dhe përshkrimin e tyre duke përdorur relacionin (2.3).
Për bërthamat tek-çift, çift-tek dhe tek-tek, tendenca e përgjithshme e varësisë
lg T 1/2 e Q α ruhet, por gjysma e jetës janë 2-100 herë më të gjata se për bërthamat çift me të njëjtat Z dhe Q α .
Në mënyrë që të ndodhë kalbja α, është e nevojshme që masa e bërthamës fillestare M(A,Z) të jetë më e madhe se shuma e masave të bërthamës përfundimtare M(A-4, Z-2) dhe α. -grimca M α:

ku Q α = c 2 është energjia e α-zbërthimit.
Që nga M α<< M(A-4, Z-2), pjesa më e madhe e energjisë së kalbjes α bartet nga α ‑ grimcë dhe vetëm ≈ 2% - bërthama përfundimtare (A-4, Z-2).
Spektrat e energjisë të grimcave α të shumë elementeve radioaktive përbëhen nga disa linja (struktura e imët e spektrit α). Arsyeja e shfaqjes së strukturës së imët të spektrit α është zbërthimi i bërthamës fillestare (A, Z) në një gjendje të ngacmuar të bërthamës (A-4, Z-2). Duke matur spektrat e grimcave α, mund të merret informacion për natyrën e gjendjeve të ngacmuara
bërthama (A-4, Z-2).
Për të përcaktuar gamën e vlerave të bërthamave A dhe Z për të cilat kalbja α është energjikisht e mundur, përdoren të dhëna eksperimentale mbi energjitë lidhëse të bërthamave. Varësia e energjisë së α-zbërthimit Q α nga numri masiv A është paraqitur në fig. 2.2.
Nga fig. Figura 2.2 tregon se α-shkatërrimi bëhet energjikisht i mundur duke filluar nga A ≈ 140. Në rajonet A = 140-150 dhe A ≈ 210, Q α ka maksimum të dallueshëm, të cilat janë për shkak të strukturës së guaskës së bërthamës. Maksimumi në A = 140–150 shoqërohet me mbushjen e shtresës së neutronit me numrin magjik N =A – Z = 82, dhe maksimumi në A ≈ 210 shoqërohet me mbushjen e shtresës së protonit në Z. = 82. Është për shkak të strukturës së guaskës bërthama atomike rajoni i parë (në tokë të rrallë) të bërthamave α-aktive fillon në N = 82, dhe bërthamat e rënda α-radioaktive bëhen veçanërisht të shumta duke filluar nga Z = 82.

Oriz. 2.2. Varësia e energjisë së zbërthimit α nga numri masiv A.

Gama e gjerë e gjysmë jetës, si dhe vlerat e mëdha të këtyre periudhave për shumë bërthama radioaktive α, shpjegohen me faktin se grimca α nuk mund të largohet "menjëherë" nga bërthama, pavarësisht se kjo është energjikisht të favorshme. Në mënyrë që të largohet nga bërthama, grimca α duhet të kapërcejë pengesën potenciale - rajonin në kufirin e bërthamës, i formuar për shkak të energjisë potenciale të zmbrapsjes elektrostatike të grimcës α dhe bërthamës përfundimtare dhe forcave të tërheqjes. ndërmjet nukleoneve. Nga pikëpamja e fizikës klasike, një grimcë α nuk mund të kapërcejë pengesën e mundshme, pasi nuk ka energjinë kinetike të nevojshme për këtë. Megjithatë, mekanika kuantike e pranon një mundësi të tillë - α ‑ grimca ka një probabilitet të caktuar të kalojë nëpër pengesën potenciale dhe të largohet nga bërthama. Ky fenomen mekanik kuantik quhet "efekt tunelimi" ose "tunelizim". Sa më e madhe të jetë lartësia dhe gjerësia e barrierës, aq më e ulët është probabiliteti i tunelit dhe gjysma e jetës është përkatësisht më e gjatë. Gama e madhe e gjysmë-jetës
emetuesit α shpjegohet nga një kombinim i ndryshëm i energjive kinetike të grimcave α dhe lartësive të barrierave potenciale. Nëse barriera nuk do të ekzistonte, atëherë grimca α do të largohej nga bërthama për bërthamën karakteristike
koha ≈ 10 -21 - 10 -23 s.
Modeli më i thjeshtë i α-shkatërrimit u propozua në 1928 nga G. Gamow dhe në mënyrë të pavarur nga G. Gurney dhe E. Condon. Në këtë model, grimca alfa supozohej se ekzistonte përgjithmonë në bërthamë. Ndërsa grimca α është në bërthamë, forcat bërthamore të tërheqjes veprojnë mbi të. Rrezja e veprimit të tyre është e krahasueshme me rrezen e bërthamës R. Thellësia e potencialit bërthamor është V 0 . Jashtë sipërfaqes bërthamore për r > R, potenciali është potenciali refuzues i Kulombit

V(r) = 2Ze 2 /r.

Oriz. 2.3. Energjia e grimcave α E α në varësi të numrit të neutroneve N
në kernelin origjinal. Linjat lidhin izotopet e të njëjtit element kimik.

Një diagram i thjeshtuar i veprimit të përbashkët të potencialit bërthamor tërheqës dhe potencialit repulsiv të Kulombit është paraqitur në figurën 2.4. Për të shkuar përtej bërthamës, një α-grimcë me energji E α duhet të kalojë përmes një pengese potenciale të mbyllur në rajonin nga R në Rc. Probabiliteti i kalbjes α përcaktohet kryesisht nga probabiliteti D i kalimit të një grimce α përmes barrierës së mundshme

Brenda kuadrit të këtij modeli, u arrit të shpjegohej varësia e fortë e probabilitetit α ‑ zbërthimi nga energjia e grimcës α.

Oriz. 2.4. Energjia potenciale e një grimce α. pengesë potenciale.

Për të llogaritur konstanten e zbërthimit λ, është e nevojshme të shumëzohet koeficienti i kalimit të një grimce α përmes një pengese potenciale, së pari, me probabilitetin w α që grimca α të jetë formuar në bërthamë, dhe së dyti, nga probabiliteti që do të jetë në buzë të bërthamës. Nëse një grimcë α në një bërthamë me rreze R ka një shpejtësi v, atëherë ajo do t'i afrohet kufirit mesatarisht ≈ v/2R herë në sekondë. Si rezultat, për konstanten e zbërthimit λ, marrim relacionin

(2.6)

Shpejtësia e një grimce α në bërthamë mund të vlerësohet bazuar në energjinë e saj kinetike E α + V 0 brenda pusit potencial bërthamor, i cili jep v ≈ (0,1-0,2) s. Nga kjo tashmë rezulton se në prani të një grimce α në bërthamë, probabiliteti i kalimit të saj përmes pengesës D<10 -14 (для самых короткоживущих относительно α‑распада тяжелых ядер).
Vrazhdësia e vlerësimit të faktorit para-eksponencial nuk është shumë domethënëse, sepse konstanta e zbërthimit varet prej saj pakrahasueshëm më e dobët sesa nga eksponenti.
Nga formula (2.6) rezulton se gjysma e jetës varet fuqishëm nga rrezja e bërthamës R, pasi rrezja R përfshihet jo vetëm në faktorin paraeksponencial, por edhe në eksponent, si kufi i integrimit. Prandaj, është e mundur të përcaktohen rrezet e bërthamave atomike nga të dhënat mbi α-zbërthimin. Rrezet e marra në këtë mënyrë rezultojnë të jenë 20-30% më të mëdha se ato të gjetura në eksperimentet e shpërndarjes së elektroneve. Ky ndryshim është për faktin se në eksperimentet me elektrone të shpejta matet rrezja e shpërndarjes së ngarkesës elektrike në bërthamë, dhe në kalbjen α, matet distanca midis bërthamës dhe grimcës α, në të cilën forcat bërthamore pushojnë së vepruari.
Prania e konstantës së Planck-ut në eksponentin (2.6) shpjegon varësinë e fortë të gjysmëjetës nga energjia. Edhe një ndryshim i vogël në energji çon në një ndryshim të rëndësishëm në eksponent dhe kështu në një ndryshim shumë të mprehtë në gjysmën e jetës. Prandaj, energjitë e grimcave α të emetuara janë shumë të kufizuara. Për bërthamat e rënda, grimcat α me energji mbi 9 MeV fluturojnë pothuajse menjëherë, dhe me energji nën 4 MeV ato jetojnë në bërthamë për aq kohë saqë kalbja α as nuk mund të regjistrohet. Për bërthamat α-radioaktive të tokës së rrallë, të dyja energjitë zvogëlohen për shkak të zvogëlimit të rrezes së bërthamës dhe lartësisë së pengesës potenciale.
Në fig. Figura 2.5 tregon varësinë e energjisë α-zbërthimit të izotopeve Hf (Z = 72) nga numri masiv A në rangun e numrave të masës A = 156–185. Tabela 2.1 liston energjitë e zbërthimit α, gjysmëjetën dhe kanalet kryesore të zbërthimit për izotopet 156-185 Hf. Mund të shihet se si, me rritjen e numrit të masës A, energjia e kalbjes α zvogëlohet, gjë që çon në një ulje të probabilitetit të kalbjes α dhe një rritje të probabilitetit të β-zbërthimit (Tabela 2.1). Izotopi 174 Hf, duke qenë një izotop i qëndrueshëm (në një përzierje natyrale izotopësh, është 0,16%), megjithatë prishet me një gjysmë jetëgjatësi T 1/2 = 2 10 15 vjet me emetimin e një grimce α.

Oriz. 2.5. Varësia e energjisë α-zbërthimit Q α të izotopeve Hf (Z = 72)
nga numri masiv A.

Tabela 2.1

Varësia e energjisë α-zbërthimi Q α, gjysma e jetës T 1/2,
mënyra të ndryshme të zbërthimit të izotopeve H f (Z = 72) në numrin masiv A

Izotopet Hf me A = 176–180 janë izotopë të qëndrueshëm. Këto izotope kanë gjithashtu një energji pozitive të kalbjes α. Megjithatë, energjia e kalbjes α prej ~ 1.3-2.2 MeV është shumë e ulët dhe α-zbërthimi i këtyre izotopeve nuk është zbuluar, pavarësisht nga probabiliteti jo zero i kalbjes α. Me një rritje të mëtejshme të numrit të masës A > 180, zbërthimi β bëhet kanali dominues i zbërthimit.
Në zbërthimet radioaktive, bërthama përfundimtare mund të jetë jo vetëm në gjendjen bazë, por edhe në një nga gjendjet e ngacmuara. Sidoqoftë, varësia e fortë e probabilitetit të kalbjes α nga energjia e grimcës α çon në faktin se zbërthimet në nivele të ngacmuara të bërthamës përfundimtare zakonisht ndodhin me një intensitet shumë të ulët, sepse energjia e grimcës α zvogëlohet. kur bërthama përfundimtare ngacmohet. Prandaj, vetëm zbërthimet në nivele rrotulluese me energji relativisht të ulëta ngacmimi mund të vëzhgohen eksperimentalisht. Zbërthimet në nivele të ngacmuara të bërthamës përfundimtare çojnë në shfaqjen e një strukture të imët në spektrin energjetik të grimcave α të emetuara.
Faktori kryesor që përcakton vetitë e kalbjes α është kalimi i grimcave α përmes një pengese potenciale. Faktorë të tjerë janë relativisht të dobët, por në disa raste bëjnë të mundur marrjen e informacionit shtesë në lidhje me strukturën e bërthamës dhe mekanizmin e kalbjes α të bërthamës. Një nga këta faktorë është shfaqja e një pengese centrifugale mekanike kuantike. Nëse një grimcë α fluturon nga një bërthamë (A,Z) me spin J i, dhe në këtë rast formohet një bërthamë përfundimtare.
(A-4, Z-2) në një gjendje me spin J f, atëherë grimca α duhet të largojë momentin total J, të përcaktuar nga relacioni

Meqenëse grimca α ka rrotullim zero, momenti i saj total J përkon me momentin këndor orbital të momentit l të mbartur nga grimca α.

Rezultati është një pengesë centrifugale mekanike kuantike.

Ndryshimi i formës së pengesës potenciale për shkak të energjisë centrifugale është i parëndësishëm, kryesisht për faktin se energjia centrifugale zvogëlohet me distancë shumë më shpejt se ajo e Kulonit (si 1/r 2, dhe jo si 1/r). Megjithatë, meqenëse ky ndryshim ndahet me konstanten e Planck-ut dhe bie në eksponent, atëherë për l të madh, ai çon në një ndryshim në jetëgjatësinë e bërthamës.
Tabela 2.2 tregon përshkueshmërinë e llogaritur të pengesës centrifugale B l për grimcat α të emetuara me një moment orbital l në lidhje me përshkueshmërinë e barrierës centrifugale B 0 për grimcat α të emetuara me një moment orbital l = 0 për një bërthamë me Z = 90, energjia e grimcës α E α = 4,5 MeV. Mund të shihet se me një rritje të momentit orbital l të bartur nga grimca α, përshkueshmëria e pengesës centrifugale kuantike-mekanike bie ndjeshëm.

Tabela 2.2

Përshkueshmëria relative e barrierës centrifugale përα - grimcat,
duke u nisur me vrull orbital l
(Z = 90, E α = 4,5 MeV)

Një faktor më domethënës i aftë për të rishpërndarë ashpër probabilitetet e degëve të ndryshme të kalbjes α mund të jetë nevoja për një rirregullim të rëndësishëm të strukturës së brendshme të bërthamës gjatë emetimit të një grimce α. Nëse bërthama fillestare është sferike dhe gjendja bazë e bërthamës përfundimtare është shumë e deformuar, atëherë për të evoluar në gjendjen bazë të bërthamës përfundimtare, bërthama fillestare, në procesin e emetimit të një grimce α, duhet të riorganizohet. , duke ndryshuar shumë formën e saj. Një ndryshim i tillë në formën e bërthamës zakonisht përfshin një numër të madh nukleonesh dhe një sistem të tillë me pak nukleon si α. ‑ një grimcë që largohet nga bërthama mund të mos jetë në gjendje ta sigurojë atë. Kjo do të thotë se probabiliteti i formimit të bërthamës përfundimtare në gjendjen bazë do të jetë i papërfillshëm. Nëse midis gjendjeve të ngacmuara të bërthamës përfundimtare ekziston një gjendje afër sferës, atëherë bërthama fillestare mund të kalojë në të pa rirregullim të rëndësishëm si rezultat i α ‑ decay Probabiliteti i popullimit të një niveli të tillë mund të rezultojë i lartë, duke tejkaluar ndjeshëm probabilitetin e popullimit të shteteve më të ulëta, duke përfshirë gjendjen bazë.
Nga diagramet e zbërthimit α të izotopeve 253 Es, 225 Ac, 225 Th, 226 Ra, mund të shihen varësi të forta të probabilitetit të kalbjes α në gjendje të ngacmuara nga energjia e grimcës α dhe nga momenti orbital l. mbartur nga grimca α.
α-zbërthimi mund të ndodhë edhe nga gjendjet e ngacmuara të bërthamave atomike. Si shembull, tabelat 2.3 dhe 2.4 tregojnë mënyrat e zbërthimit të tokës dhe gjendjet izomere të izotopeve 151 Ho dhe 149 Tb.

Tabela 2.3

α-zbërthimi i tokës dhe gjendjet izomere prej 151 Ho

Tabela 2.4

α-zbërthimet e tokës dhe gjendjet izomere prej 149 Tb

Në fig. 2.6 tregon diagramet energjetike të zbërthimit të tokës dhe gjendjeve izomere të izotopeve 149 Tb dhe 151 Ho.

Oriz. 2.6 Diagramet e zbërthimit të energjisë për gjendjet tokësore dhe izomere të izotopeve 149 Tb dhe 151 Ho.

α-zbërthimi nga gjendja izomerike e izotopit 151 Ho (J P = (1/2) + , E izomeri = 40 keV) është më i mundshëm (80%) se kapja e e-në në këtë gjendje izomere. Në të njëjtën kohë, gjendja bazë e 151 Ho prishet kryesisht si rezultat i kapjes elektronike (78%).
Në izotopin 149 Tb, zbërthimi i gjendjes izomerike (J P = (11/2) - , E izomeri = 35,8 keV) ndodh kryesisht si rezultat i kapjes elektronike. Karakteristikat e vëzhguara të zbërthimit të tokës dhe gjendjeve izomere shpjegohen nga energjia e kalbjes α dhe e-kapjes dhe vrullit orbital të mbartur nga grimca α ose neutrinoja.

emetimi i grimcave alfa nga bërthamat atomike në procesin e zbërthimit radioaktiv spontan (spontan) (shih Radioaktiviteti). Në A. - lumi. një bërthamë heliumi emetohet nga një bërthamë radioaktive ("mëmë") me numër atomik Z dhe numër masiv (Shih numrin e masës) A

Janë të njohura rreth 200 bërthama α-radioaktive (1968); shumica e tyre janë më të rënda se plumbi (Z > 82). Në rangun e vlerave Z. Bërthama atomike). Pra, në rajonin e tokave të rralla ka disa bërthama α-radioaktive (për shembull, Lifetime) , karakteristikë e bërthamave me energji të ulët A.-r. (Shikoni më poshtë).

Në A. - lumi. të një izotopi radioaktiv të caktuar, grimcat α të emetuara kanë, përafërsisht, të njëjtën energji. Energjia e çliruar gjatë A.-r. ndahet midis grimcës α dhe bërthamës në një raport në përpjesëtim të zhdrejtë me masat e tyre. Për izotope të ndryshëm, energjia e grimcave α është e ndryshme. Sa më i madh, aq më i shkurtër është gjysma e jetës T 1/2 e një izotopi të caktuar (ose jetëgjatësia e tij). Për të gjithë izotopet α-radioaktive të njohura, energjia e grimcave α varion nga 2 mev deri në 9 Mev. Jetëgjatësia e bërthamave α-radioaktive luhatet në një gamë të madhe vlerash, afërsisht nga 3 10 -7 sek për 212 Po deri në 5 10 15 vjet për 142 Ce. Jetëgjatësia dhe energjitë e grimcave α janë dhënë në tabelën në Art. izotopet ; aty tregohen edhe të gjithë izotopet α radioaktive.

Grimcat α humbasin energji kur kalojnë nëpër materie kryesisht gjatë ndërveprimeve të tyre me predha elektronike të atomeve dhe molekulave, gjatë të cilave ndodh jonizimi i të dyjave, ngacmimi dhe, së fundi, shpërbërja e molekulave. Një numër shumë i madh përplasjesh (10 4 -10 5) kërkohet për humbjen e plotë të energjisë së një grimce α. Prandaj, mesatarisht, të gjitha grimcat α të një energjie të caktuar kalojnë afërsisht të njëjtat shtigje me një përhapje të vogël (3-4%). Meqenëse përplasja e një grimce α të rëndë me një elektron të lehtë nuk mund të ndryshojë dukshëm drejtimin e lëvizjes së saj, kjo rrugë - diapazoni i grimcës α - është i drejtpërdrejtë.

Kështu, grimcat α të një energjie të caktuar kanë një rrjedhë të përcaktuar mirë për të ndaluar; për shembull, në ajër me presion normal atmosferik dhe temperaturë dhome, grimcat α kanë intervale nga afërsisht 2,5 deri në 8,5 cm. Gjatësia e gjurmëve të grimcave α në dhomën e resë mund të përdoret për të përcaktuar në mënyrë cilësore përbërjen izotopike të kampionit radioaktiv. Në oriz. një rezulton fotografia e gjurmëve të grimcave α të emetuara në lumin And.

Kur nxirret nga bërthama, grimca α përjeton veprimin e dy forcave të ndryshme. Forcat bërthamore shumë të mëdha dhe me rreze të afërt priren ta mbajnë grimcën brenda bërthamës, ndërsa ndërveprimi i Kulombit (elektrik) i grimcës α që rezulton me pjesën tjetër të bërthamës shkakton shfaqjen e një force refuzuese.

Në oriz. 2 tregohet varësia e energjisë potenciale të bashkëveprimit të një grimce α me bërthamën përfundimtare (bërthama që mbetet pas ikjes së grimcës α) nga distanca deri në qendrën e bërthamës. Nga oriz. Mund të shihet se grimca α duhet të kapërcejë Barrierën Potenciale kur ajo emetohet.

Energjia totale (d.m.th., potenciali plus kinetike) e një grimce α në bërthama të ndryshme mund të marrë vlera negative, dhe - me rritjen e ngarkesës bërthamore - dhe pozitive. Në këtë rast të fundit A. - lumë. do të zgjidhet energjikisht. Vija e fortë në oriz. 2 tregohet energjia totale e grimcës α në bërthamë (ose, me fjalë të tjera, niveli i energjisë i grimcës α në bërthamë). Një tepricë pozitive e energjisë totale, e shënuar me shkronjë E,është ndryshimi midis masës së bërthamës radioaktive dhe shumës së masave të grimcës α dhe bërthamës përfundimtare.

Nëse nuk do të kishte pengesë potenciale, lartësia e së cilës është V, për shembull, për 238 92 Uështë e barabartë me 15 mev, pastaj një grimcë α me energji kinetike pozitive E (për 238 92 U energjia kinetike do të ishte zbërthimi alfa4,2 mev) mund të linte lirisht thelbin. Praktikisht kjo do të çonte në faktin se bërthamat me vlera pozitive E nuk do të ekzistonte fare në natyrë. Megjithatë, dihet se në natyrë ka bërthama me Z ≥ 50 për të cilat E është pozitive.

Nga ana tjetër, nga pikëpamja e mekanikës klasike, një grimcë α me energji E

Mekanika kuantike, duke marrë parasysh natyrën valore të grimcave α, tregon se ekziston një probabilitet i kufizuar i "rrjedhjes" së një grimce α përmes një pengese potenciale (efekti i tunelit). Barriera bëhet, si të thuash, pjesërisht transparente për grimcën α. Transparenca e pengesës varet nga lartësia e saj V dhe gjerësia B si më poshtë:

transparencës

Këtu b - sasia në varësi të rrezes r të bërthamës, m - masa e një grimce α, E - e saj energji (shih oriz. 2 ). Transparenca (përshkueshmëria) e barrierës është sa më e madhe, aq më e vogël është gjerësia e saj dhe aq më afër majës së pengesës potenciale është niveli i energjisë i grimcës α (aq më e madhe është energjia e grimcës α në bërthamë).

Probabiliteti A.-r. është proporcionale me përshkueshmërinë e pengesës potenciale. Meqenëse me një rritje të energjisë së grimcës α, gjerësia e pengesës zvogëlohet ( oriz. 2 ), varësia e mprehtë e fituar eksperimentalisht e probabilitetit të A.-r. nga E - energjia kinetike e grimcave α. Për shembull, me një rritje të energjisë së grimcave α të emetuara nga 5 në 6 mev probabiliteti A.-r. rritet me 10 7 herë.

Probabiliteti A.-r. varet edhe nga probabiliteti i formimit të një grimce α në bërthamë. Përpara se një grimcë alfa të largohet nga bërthama, ajo duhet të formohet atje. grimcat α nuk ekzistojnë përgjithmonë në bërthamë. Katër grimcat elementare nga të cilat përbëhet marrin pjesë në lëvizjen komplekse të nukleoneve në bërthamë dhe nuk ka asnjë mënyrë për t'i dalluar ato nga grimcat e tjera të kësaj bërthame. Sidoqoftë, ekziston një probabilitet i dukshëm (shkatërrimi alfa10-6) i formimit të një grimce α në bërthamë për një kohë të shkurtër si rezultat i një afrimi të rastësishëm prej 4 nukleonësh. Vetëm kur grimca α largohet nga bërthama dhe është mjaft larg saj, grimca α dhe bërthama mund të konsiderohen si dy grimca të veçanta.

Probabiliteti A.-r. varet fuqimisht nga madhësia e bërthamës [shih. formula (*)], e cila lejon përdorimin e A.-r. për të përcaktuar madhësinë e bërthamave të rënda.

Siç u përmend tashmë, energjia e grimcave α të emetuara nga bërthama si rezultat i A.-r. duhet të jetë saktësisht e barabartë me ekuivalentin e energjisë të ndryshimit në masat e bërthamave para dhe pas A.-r. , d.m.th., vlera e E. Ky pohim është i vërtetë vetëm për rastin kur kerneli përfundimtar

Në të vërtetë, eksperimentalisht është treguar se rrezatimi α i shumë elementeve radioaktive përbëhet nga disa grupe grimcash α, energjitë e të cilave janë afër njëra-tjetrës ("struktura e imët" e spektrit α). Si shembull në oriz. 3 tregohet spektri i grimcave α nga zbërthimi i 212 83 Bi (bismut-212).

Në oriz. katër tregohet skema e energjisë e kalbjes α të 212 83 Bi në tokë dhe gjendjet e ngacmuara të bërthamës përfundimtare

Diferenca e energjisë midis grupit kryesor dhe linjave të strukturës së imët është 0.04, 0.33, 0.47 dhe 0.49 Mev. Vijat e imta të strukturës së spektrit alfa mund të dallohen eksperimentalisht vetëm me ndihmën e spektrometrit alfa magnetik.

Njohja e strukturës së imët të spektrave të grimcave α bën të mundur llogaritjen e energjisë së gjendjeve të ngacmuara të bërthamës përfundimtare.

Disa izotope radioaktive lëshojnë një numër të vogël grimcash α me energji shumë më të mëdha se energjia e grupit kryesor të grimcave α. Kështu, për shembull, në spektrin e grimcave α nga zbërthimi, MeV është më i madh se energjia e grupit kryesor. Intensiteti i këtyre dy grupeve të të ashtuquajturve. A-grimca me rreze të gjatë është vetëm kalbja Alfa 10 -5 e intensitetit total të rrezatimit α. Gjurma e njërës prej këtyre grimcave është e dukshme në oriz. 5 . Ekzistenca e grimcave me rreze të gjatë është për faktin se A.-r. mund të përjetojnë bërthama që janë në gjendje të ngacmuar (me energji më të lartë).

Shumë koncepte bazë të fizikës atomike dhe bërthamore i detyrohen origjinës së tyre studimit të radioaktivitetit α. Teoria e A.-r., e propozuar në 1928 nga G. Gamow dhe në mënyrë të pavarur nga G. Gurney dhe E. Condon, ishte aplikimi i parë. Mekanika kuantike ndaj proceseve bërthamore. Studimi i shpërndarjes së grimcave α çoi në konceptin e bërthamës atomike si qendër e masës dhe ngarkesë pozitive të atomit. Rrezatimi i elementeve të dritës me grimca alfa çoi në zbulimin reaksionet bërthamore dhe radioaktiviteti artificial.

Lit.: Glesston S., Atom. Bërthama atomike. Energjia atomike, trans. nga anglishtja, M., 1961; Goldansky V.I., Leikin E.M., Transformimet e bërthamave atomike, Moskë, 1958.

V.S. Evseev.

Oriz. 2. Energjia potenciale e bashkëveprimit të një grimce α me një bërthamë të fundme. V- lartësia e mundshme e pengesës, AT- gjerësia e saj, Eështë energjia e grimcës α, r- largësia nga qendra e bërthamës.

grimcat α korrespondojnë me kalimin në gjendjen bazë, grimcat α 1, α 2, α 3 dhe α 4 - alfa të emetuara gjatë kalimit të bërthamës përfundimtare në një nga gjendjet e ngacmuara.

Oriz. Fig. 1. Fotografitë e gjurmëve të grimcave α në një dhomë reje, grimcat α emetohen nga burimi AcC + AcC Në figurën 2 janë të dukshme gjurmët e grimcave α të emetuara nga AcC. Këto grimca kanë një shtrirje më të madhe (6.6 cm) se sa grimcat α AcC (5.4 cm).

Enciklopedia e Madhe Sovjetike. - M.: Enciklopedia Sovjetike. 1969-1978 .

Shihni se çfarë është "Alpha decay" në fjalorë të tjerë:

POR; m.Shndërrimi radioaktiv i bërthamës atomike, në të cilën lëshohet një grimcë alfa. * * * kalbja alfa (prishje α), një lloj zbërthimi radioaktiv i bërthamave atomike, kur emetohet një grimcë alfa, ngarkesa e bërthamës zvogëlohet me 2 njësi, numri i masës ... ... fjalor enciklopedik

Enciklopedia moderne

Kalbja alfa- (një zbërthim), lloj radioaktiviteti; emetimi i një grimce alfa nga një bërthamë atomike. Gjatë zbërthimit alfa, numri i masës (numri i nukleoneve) zvogëlohet me 4 njësi, dhe ngarkesa bërthamore (numri i protoneve) zvogëlohet me 2. Në këtë rast, lirohet energjia, e cila ndahet ... ... Fjalor Enciklopedik i Ilustruar

Kalbja alfa- (shkatërrim α) emetimi i grimcave alfa (grimca α) gjatë zbërthimit spontan radioaktiv të bërthamave atomike. Ngarkesa e bërthamës zvogëlohet me 2 njësi, dhe numri i masës me 4. Është tipike për bërthamat e rënda me një numër masiv A më të madh se 200 dhe një numër ngarkese Z ... ... Enciklopedia ruse e mbrojtjes së punës

Prishja e në. bërthama, të shoqëruara nga emetimi i një grimce. Në A. r. ngarkesa bërthamore Z (në njësi të ngarkesës elementare) zvogëlohet me 2 njësi, dhe numri i masës A me 4 njësi, për shembull: 22688Ra® 22286Rn + 42He Enciklopedia Fizike

ALFA SHKERBIMI- një lloj zbërthimi radioaktiv spontan i bërthamave atomike, në të cilin lëshohet (shih), ngarkesa e bërthamës zvogëlohet me 2 njësi, numri i masës me 4. Mekanizmi i A. p. të lidhura me (shih) grimcat alfa, të cilat kanë një spektër të veçantë energjish. A. r. referojuni... Enciklopedia e Madhe Politeknike

Transformimi radioaktiv i një bërthame atomike, në të cilën lëshohet një grimcë alfa. Fjalor i ri i fjalëve të huaja. nga EdwART, 2009… Fjalori i fjalëve të huaja të gjuhës ruse

Sot do të flasim se çfarë është kalbja alfa dhe si mund të shpjegohet nga këndvështrimi i teorive klasike dhe alternative. Ekzistenca e botës materiale është e mundur vetëm për faktin se strukturat që përbëjnë çdo substancë janë mjaft të qëndrueshme. Forcat që lidhin grimcat në atome së bashku janë baza që siguron ekzistencën e të gjithë universit. Modelet moderne të pajisjes atomike bëjnë të mundur jo vetëm formulimin e ligjeve, por edhe shpjegimin e shumë fenomeneve të vëzhguara të mikrobotës. Në kuadrin e modelit planetar, në qendër të çdo atomi është bërthama, e cila përfshin protone dhe neutrone në përmasa të barabarta. Raporti i protoneve, neutroneve dhe elektroneve paraqitet si 1:1:1. Duket e pabesueshme vetëm në shikim të parë, por në fakt, kjo varësi është pasojë e një prej ligjeve kryesore të universit: elektrike është -1, protoni +1 dhe neutronet, duke qenë një kombinim i dy elementëve më të vegjël të ngarkuar në mënyrë të kundërt, janë përgjithësisht neutrale elektrike (nga rruga, pra dhe titulli).

Për shkak të forcave të Kulonit, protonet në bërthamë sprapsin njëri-tjetrin, por forca balancuese i mban grimcat së bashku. Çfarë është kalbja alfa? Mekanizmi i shfaqjes së tij është shumë i thjeshtë: nëse protonet largohen nga njëri-tjetri, atëherë forca elektrorepulsioni bëhet më e madhe se ndërveprimi i fortë, gjë që çon në formimin e një bërthame dhe grimce më të lehtë. Arsyet për distancën fillestare janë të ndryshme - mund të jenë edhe ndikime të jashtme dhe (faktori i entropisë).

Rënia e botëkuptimit

Deri në vitin 1896, besohej se atomet janë të pandashëm, dhe struktura e secilit është karakteristikë e një substance të veçantë. Por A. Becquerel (nganjëherë i referuar si Rutherford), i cili studioi kripërat e uraniumit, zbuloi fenomenin e radioaktivitetit, i cili hodhi dyshime mbi shumë postulate të teorisë atomike të asaj kohe. Prishja alfa është emetimi i grimcave të ngarkuara pozitivisht - bërthamat e helium-4. Është vërejtur se ky proces është karakteristik kryesisht për bërthamat e elementeve të rënda. Një nga veçoritë e një grimce alfa është ngarkesa e dyfishtë pozitive. Kjo për faktin se dy elektrone i mungojnë strukturës. Tarifa totale në këtë rast është e barabartë me +2. Prishja e alfa u studiua nga Rutherford. Ai përcaktoi se një strukturë e tillë grimcash (2 neutrone + 2 protone) është jashtëzakonisht e qëndrueshme dhe, teorikisht, shumica e bërthamave të tjera duhet të kalbet në grimca të ngjashme dhe bërthama të elementeve më të lehta. Megjithatë, kjo nuk ndodh. Rutherford sugjeroi se çdo ndryshim bërthamor është i mundur vetëm kur një atom helium (grimca alfa) ose një elektron me energji të lartë (grimca beta) hyn në të. Më pas, kjo u konfirmua, por u deshën dekada kërkimore dhe prezantimi i një koncepti të ri nga fusha e mekanikës kuantike - një tranzicion tunel.

Kapërcimi i barrierës

Siç u përmend më lart, një strukturë e qëndrueshme është një grimcë alfa. Ngarkesa e tij është nga 2 në 10 MeV. Në mënyrë që ai të jetë në gjendje të depërtojë në bazën e atomit, është e nevojshme të kapërcehen forcat e zmbrapsjes elektrike (në fund të fundit, protonet janë të pranishme në bërthamë dhe grimcë). Kjo është e njëjta pengesë, pas kalimit nëpër të cilën fillojnë të mbizotërojnë forcat e tërheqjes intranukleare. Ligjet e mikrokozmosit ndryshojnë nga ato të njohura për ne, prandaj, në disa raste, për të kaluar nëpër një mur, nuk është aspak e nevojshme ta shkatërroni atë. Me anë të kalimit të tunelit, është e mundur të kapërcehet pengesa. Sa më i vogël të jetë diferenca midis energjisë së grimcës dhe kostos së kalimit, aq më e lartë është probabiliteti për të kapërcyer zmbrapsjen. Për shumicën e bërthamave, mundësia e një tranzicioni tunelësh është aq e vogël sa ato mund të konsiderohen formacione të qëndrueshme. Të tjerët, në kushte të caktuara, lejojnë depërtimin nga jashtë (dhe daljen nga brenda) të grimcave alfa.

SHKERBJE ALFA (α-zbërthimi), emetimi i një bërthame atomike të një grimce alfa (4 bërthama He). Zbërthimi alfa nga gjendja tokësore (e pangacmuar) e bërthamës quhet gjithashtu radioaktivitet alfa.

Termi "rrezet α" u prezantua menjëherë pas zbulimit nga A. A. Becquerel në 1896 të radioaktivitetit për të treguar llojin më pak depërtues të rrezatimit të emetuar nga substancat radioaktive. Në vitin 1909, E. Rutherford dhe T. Royds vërtetuan se grimcat α janë atome të heliumit dyfish të jonizuar.

Gjatë zbërthimit alfa, numri i masës A i bërthamës mëmë zvogëlohet me 4 njësi, dhe ngarkesa (numri i protoneve) Z - me 2:

A Z → A-4 (Z-2) + 4 2 He + Q. (1)

Energjia Q e lëshuar gjatë kalbjes alfa përcaktohet nga ndryshimi midis masave të bërthamës mëmë dhe të dy produkteve të kalbjes. Zbërthimi alfa është energjikisht i mundur nëse Q është pozitive. Ky kusht është i kënaqur për pothuajse të gjitha bërthamat me A > 150. Jetëgjatësia e vëzhguar e bërthamave radioaktive alfa varion nga 10 17 vjet (204 Pb) deri në 3·10 -7 sek (212 Rho). Megjithatë, në shumë raste, jetëgjatësia e bërthamave (gjysmë jetë) për të cilat Q > 0 rezulton të jetë shumë e gjatë dhe radioaktiviteti alfa nuk mund të vërehet. Energjia kinetike grimcat α variojnë nga 1,83 MeV (144 Nd) në 11,65 MeV (212 Rho izomer).

Njihen më shumë se 300 nuklide radioaktive α, të marra kryesisht artificialisht. Pjesa dërrmuese e tyre i përkasin elementëve të vendosur në tabelën periodike pas plumbit (Z> 82). Ekziston një grup i nukleideve α-radioaktive në rajonin e lantanideve (A = 140-160), si dhe një grup i vogël midis lantanideve dhe plumbit. Disa nukleide alfa-emetuese jetëshkurtër me A = 106-116 janë sintetizuar në reaksionet bërthamore me jone të rënda.

Spektroskopia alfa. Grimcat alfa të emetuara nga bërthamat mëmë gjatë kalbjes së tyre zakonisht formojnë disa grupe me energji të ndryshme. Shpërndarja e energjisë e këtyre grupeve quhet spektri i energjisë, dhe fusha e fizikës eksperimentale që merret me studimin e spektrave të grimcave alfa quhet spektroskopia alfa. Secila prej linjave të spektrit korrespondon me një gjendje të caktuar (niveli të energjisë) të bërthamës së bijës. Detyra e spektroskopisë alfa është të matë energjinë dhe intensitetin e secilit prej grupeve të grimcave α, si dhe jetëgjatësinë e bërthamave të kalbura. Këto të dhëna bëjnë të mundur përcaktimin e karakteristikave të niveleve individuale të bërthamës së bijës - energjinë e tyre të ngacmimit, rrotullimin, barazinë, si dhe probabilitetin e formimit të tyre. Informacioni spektroskopik i marrë rezulton të jetë një burim i rëndësishëm, dhe nganjëherë i vetmi burim informacioni për strukturën e bërthamave të bijës dhe prindërve. Kohët e fundit, spektroskopia alfa është bërë një nga metodat më të rëndësishme kërkimore të përdorura në sintezën e elementeve super të rëndë.

Matja e energjisë dhe intensitetit të grimcave α të emetuara nga bërthamat në kalbje kryhet nga spektrometri alfa. Më shpesh, përdoren detektorë gjysmëpërçues silikoni të llojeve të ndryshme, të cilët bëjnë të mundur marrjen e një rezolucioni energjetik deri në 12 keV (për grimcat α me energji 6 MeV) në një raport hapjeje prej rreth 0.1%. Rezolucioni më i lartë mund të merret duke përdorur spektrometra magnetikë, të cilët, megjithatë, kanë një raport shumë më të ulët të hapjes dhe dallohen nga një dizajn kompleks dhe i rëndë.

Gjysmë jetësh. Një nga tiparet e radioaktivitetit α është se, me një ndryshim relativisht të vogël në energjinë e grimcave α, jetëgjatësia e bërthamave mëmë ndryshojnë me shumë rend të madhësisë. Shumë kohë përpara krijimit të teorisë së radioaktivitetit α, u krijua një marrëdhënie empirike (ligji Geiger - Netall), duke lidhur gjysmën e jetës T 1/2 me energjinë e kalbjes Q:

Kjo lidhje plotësohet më së miri për kalimet ndërmjet gjendjeve bazë të bërthamave me një numër çift neutronesh dhe protonesh.

Teoria e kalbjes alfa. Teoria më e thjeshtë e zbërthimit alfa u propozua nga G. Gamow në 1927; ishte aplikimi i parë i mekanikës kuantike të krijuar rishtazi në përshkrimin e fenomeneve bërthamore. Kjo teori shqyrtoi lëvizjen e një grimce α në një pus potencial me një pengesë Kulomb (Fig.).

Sepse lartësia e pengesës së Kulombit për bërthamat e rënda është 25-30 MeV, dhe energjia e grimcave alfa është vetëm 5-10 MeV, atëherë largimi i tyre nga bërthama është i ndaluar nga ligjet e mekanikës klasike dhe mund të ndodhë vetëm për shkak të kuantit efekti mekanik i tunelit. Duke përdorur një formë të thjeshtuar të barrierës dhe duke supozuar se grimca α është brenda bërthamës, mund të merret një shprehje për probabilitetin e kalbjes alfa që varet në mënyrë eksponenciale nga energjia e grimcës α, d.m.th., një shprehje si (2) . Teoria e Gamow-it vërtetoi se faktori kryesor që përcakton probabilitetin e kalbjes alfa dhe varësinë e tij nga energjia e grimcave alfa dhe ngarkesa e bërthamës është pengesa e Kulombit.

Qasja moderne për përshkrimin e kalbjes alfa bazohet në metodat e përdorura në teorinë e reaksioneve bërthamore. Probabiliteti i zbërthimit alfa λ (reciproku i gjysmëjetës T 1/2 deri në një faktor ln 2 = 0,693) mund të përfaqësohet si produkt i tre faktorëve:

Faktori S, i quajtur faktor spektroskopik, përcakton probabilitetin që një grimcë α të mund të formohet në një bërthamë të caktuar mëmë nga dy protone dhe dy neutrone. Ky probabilitet varet nga struktura e brendshme e bërthamave fillestare dhe përfundimtare. Faktori P është probabiliteti i kalimit të barrierës së Kulonit (përshkueshmëria e saj) nga një grimcë α e një energjie të caktuar. Faktori i tretë v është numri i përpjekjeve për njësi të kohës për të depërtuar në barrierë. Nëse një grimcë α reale do të ekzistonte në bërthamë, atëherë vlera e v do të ishte afër frekuencës së përplasjeve të grimcës α me barrierën, domethënë njësia e ndarë me kohën e fluturimit të diametrit të bërthamës me alfa. grimcë. vlerën e vërtetë v nuk ndryshon shumë nga një vlerësim i tillë.

Kështu, kalbja alfa është një proces me dy faza: së pari, një grimcë α duhet të lindë dhe të shfaqet në sipërfaqen e bërthamës në kalbje, dhe më pas të kalojë përmes pengesës së mundshme. Teoria e diskutuar më sipër riprodhon mirë të dhënat eksperimentale dhe bën të mundur nxjerrjen prej tyre të informacionit të rëndësishëm për strukturën e bërthamës. Në veçanti, u tregua se, megjithëse grimcat α nuk ekzistojnë vazhdimisht brenda bërthamave të rënda, në shtresa sipërfaqësore bërthamat, nukleonet kalojnë një pjesë të konsiderueshme të kohës së tyre në grupime të grimcave alfa të quajtura grupime alfa.

Prishja alfa e bërthamave të ngacmuara. Rastet e veçanta të kalbjes nga gjendjet e ngacmuara më të ulëta të bërthamave të rënda, që çojnë në emetimin e të ashtuquajturave grimca α me rreze të gjatë, janë njohur prej kohësh dhe i atribuohen fenomenit të radioaktivitetit alfa. Grimcat alfa me rreze të gjatë marrin energji shtesë për shkak të nivelit të energjisë ngacmuese, e cila i shtohet energjisë së kalbjes Q. Si rregull, kalbja alfa e bërthamave të ngacmuara studiohet duke përdorur reaksionet bërthamore dhe teoria e konsideruar më sipër është plotësisht e zbatueshme për këto procese gjithashtu. Jetëgjatësia e vëzhguar e gjendjeve të ngacmuara të bërthamave shtrihet në intervalin nga 10 -11 s në 10 -22 s. Disa gjendje të kalbjes së bërthamave të lehta kanë faktorë spektroskopikë afër unitetit, gjë që na lejon të flasim për strukturën e grimcave alfa të bërthamave të tilla (shih Modeli i grupit bërthamor). Studimi i zbërthimit alfa të gjendjeve shumë të ngacmuara të bërthamave është një nga metodat e rëndësishme për studimin e strukturës bërthamore në energji të larta ngacmimi.

Lit.: Spektroskopia alfa, beta dhe gama. M., 1969. Çështje. 2; Solovyov VG Teoria e bërthamës atomike: Modelet bërthamore. M., 1981.