Bilinen α-radyoaktif çekirdeklerin yarı ömürleri çok değişkendir. Böylece, 182 W tungsten izotopunun yarı ömrü T 1/2 > 8.3·10 18 yıl ve 219 Pa protaktinyum izotopu T 1/2 = 5.3·10 -8 s'ye sahiptir.

Pirinç. 2.1. yarı ömür bağımlılığı radyoaktif element doğal olarak radyoaktif bir elementin bir α-parçacığının kinetik enerjisinden. Kesikli çizgi Geiger-Nattall yasasıdır.

Çift-çift izotoplar için, yarı ömrün α-bozunma enerjisine bağlılığı Q α ampirik olarak tanımlanan Geiger-Nettol yasası

Z'nin son çekirdeğin yükü olduğu yerde, yarı ömür T 1/2 saniye olarak ifade edilir ve α-parçacığı Eα'nın enerjisi MeV'dedir. Şek. 2.1, α-radyoaktif çift-çift izotoplar (Z 74 ila 106 arasında değişir) için yarı ömürlerin deneysel değerlerini ve (2.3) ilişkisini kullanarak açıklamalarını gösterir.
Tek-çift, çift-tek ve tek-tek çekirdekler için genel bağımlılık eğilimi
Qα'nın lg T 1/2'si korunur, ancak yarı ömürler, aynı Z ve Q α'ya sahip çift-çift çekirdeklerden 2-100 kat daha uzundur.
α bozunmasının olabilmesi için, ilk çekirdek M(A,Z)'nin kütlesinin, son çekirdek M(A-4, Z-2) ve α'nın kütlelerinin toplamından daha büyük olması gerekir. -parçacık M α:

burada Q α = c 2 α-bozunma enerjisidir.
M α'dan beri<< M(A-4, Z-2), α-bozunma enerjisinin büyük kısmı α tarafından taşınır ‑ parçacık ve sadece ≈ 2% - nihai çekirdek (A-4, Z-2).
Birçok radyoaktif elementin α-parçacıklarının enerji spektrumları birkaç çizgiden oluşur (α-spektranın ince yapısı). α-spektrumunun ince yapısının ortaya çıkmasının nedeni, ilk çekirdeğin (A, Z) çekirdeğin uyarılmış bir durumuna (A-4, Z-2) bozunmasıdır. α-parçacıklarının spektrumlarını ölçerek, uyarılmış durumların doğası hakkında bilgi elde edilebilir.
çekirdekler (A-4, Z-2).
α-bozunmasının enerjisel olarak mümkün olduğu A ve Z çekirdeklerinin değer aralığını belirlemek için, çekirdeklerin bağlanma enerjilerine ilişkin deneysel veriler kullanılır. α-bozunma Q α enerjisinin A kütle numarasına bağımlılığı, Şek. 2.2.
Şek. Şekil 2.2, α-bozunmanın A ≈ 140'tan başlayarak enerjisel olarak mümkün hale geldiğini göstermektedir. A = 140-150 ve A ≈ 210 bölgelerinde, Q α, çekirdeğin kabuk yapısından dolayı belirgin maksimumlara sahiptir. A = 140–150'deki maksimum, nötron kabuğunun sihirli sayı N =A - Z = 82 ile doldurulmasıyla ilişkilidir ve A ≈ 210'daki maksimum, proton kabuğunun Z'deki doldurulmasıyla ilişkilidir. = 82. Kabuk yapısından kaynaklanmaktadır. atom çekirdeği a-aktif çekirdeklerin birinci (nadir-toprak) bölgesi N = 82'de başlar ve ağır a-radyoaktif çekirdekler, Z = 82'den başlayarak özellikle sayısız hale gelir.

Pirinç. 2.2. α-bozunma enerjisinin A kütle numarasına bağımlılığı.

Birçok α-radyoaktif çekirdek için bu periyotların geniş değerlerinin yanı sıra geniş yarı ömür aralığı, α-parçacığının çekirdeği “anında” terk edememesi gerçeğiyle açıklanmaktadır. enerjik olarak elverişli. Çekirdeği terk etmek için, α-parçacığı, potansiyel bariyerin üstesinden gelmelidir - α-parçacığının elektrostatik itmesinin potansiyel enerjisi ve son çekirdeğin potansiyel enerjisi ve çekim kuvvetleri nedeniyle oluşan çekirdeğin sınırındaki bölge nükleonlar arasında. Klasik fizik açısından, bir α-parçacığı bunun için gerekli kinetik enerjiye sahip olmadığı için potansiyel engeli aşamaz. Ancak, kuantum mekaniği böyle bir olasılığı kabul eder - α ‑ parçacık potansiyel bariyeri geçmek ve çekirdeği terk etmek için belirli bir olasılığa sahiptir. Bu kuantum mekaniksel fenomene "tünelleme etkisi" veya "tünelleme" denir. Bariyerin yüksekliği ve genişliği ne kadar büyük olursa, tünel açma olasılığı o kadar düşük olur ve buna bağlı olarak yarı ömür daha uzun olur. Geniş yarı ömür aralığı
α-yayıcıları, α-parçacıklarının kinetik enerjilerinin ve potansiyel engellerin yüksekliklerinin farklı bir kombinasyonu ile açıklanır. Bariyer olmasaydı, o zaman α-parçacığı karakteristik nükleer için çekirdeği terk ederdi.
süre ≈ 10 -21 - 10 -23 sn.
α-bozunmanın en basit modeli 1928'de G. Gamow ve bağımsız olarak G. Gurney ve E. Condon tarafından önerildi. Bu modelde, alfa parçacığının çekirdekte kalıcı olarak var olduğu varsayılmıştır. α-parçacığı çekirdekteyken, nükleer çekim kuvvetleri ona etki eder. Eylemlerinin yarıçapı, çekirdeğin yarıçapı R ile karşılaştırılabilir. Nükleer potansiyelin derinliği V 0 . r > R için nükleer yüzeyin dışında, potansiyel Coulomb itme potansiyelidir.

V(r) = 2Ze2/r.

Pirinç. 2.3. α-parçacıklarının enerjisi E α nötron sayısına bağlı olarak N
orijinal çekirdekte. Çizgiler aynı kimyasal elementin izotoplarını birbirine bağlar.

Çekici nükleer potansiyel ve itici Coulomb potansiyelinin ortak etkisinin basitleştirilmiş bir diyagramı Şekil 2.4'te gösterilmiştir. Çekirdeğin ötesine geçmek için, E α enerjili bir α-parçacığı, R'den R c'ye kadar olan bölgede çevrelenmiş potansiyel bir engelden geçmelidir. α-bozunma olasılığı, esas olarak, bir α-parçacığının potansiyel bariyerden geçme olasılığı D ile belirlenir.

Bu model çerçevesinde α olasılığının güçlü bağımlılığını açıklamak mümkün olmuştur. ‑ α-parçacığının enerjisinden bozunma.

Pirinç. 2.4. Bir α-parçacığının potansiyel enerjisi. potansiyel engel.

Bozunma sabiti λ'yı hesaplamak için, bir α-parçacığının potansiyel bir engelden geçiş katsayısını, ilk olarak, α-parçacığının çekirdekte oluşma olasılığı w α ile çarpmak gerekir ve ikinci olarak, çekirdeğin kenarında olma olasılığına göre. R yarıçaplı bir çekirdekteki bir α-parçacığı v hızına sahipse, bu durumda sınıra saniyede ortalama ≈ v/2R kez yaklaşacaktır. Sonuç olarak, bozunma sabiti λ için şu ilişkiyi elde ederiz:

(2.6)

Çekirdekteki bir α-parçacığının hızı, nükleer potansiyel kuyusu içindeki kinetik enerjisi E α + V 0 temel alınarak tahmin edilebilir, bu da v ≈ (0.1-0.2) s verir. Bundan zaten, çekirdekte bir a-parçacığının varlığında, onun D bariyerinden geçme olasılığının ortaya çıktığı sonucuna varılır.<10 -14 (для самых короткоживущих относительно α‑распада тяжелых ядер).
Ön-üssel faktörün tahmininin pürüzlülüğü çok önemli değildir, çünkü bozunma sabiti buna, üste göre kıyaslanamayacak kadar zayıf bağlıdır.
Formül (2.6)'dan, yarı ömrün büyük ölçüde çekirdeğin R yarıçapına bağlı olduğu sonucu çıkar, çünkü R yarıçapı yalnızca ön-üssel faktöre değil, aynı zamanda üste de entegrasyon limiti olarak dahil edilmiştir. Bu nedenle, atom çekirdeğinin yarıçaplarını α-bozunumuna ilişkin verilerden belirlemek mümkündür. Bu şekilde elde edilen yarıçapların, elektron saçılım deneylerinde bulunanlardan %20-30 daha büyük olduğu ortaya çıktı. Bu fark, hızlı elektronlarla yapılan deneylerde, çekirdekteki elektrik yükünün dağılımının yarıçapının ölçülmesi ve α-bozunmasında, çekirdek ile α-parçacığı arasındaki mesafenin, nükleer kuvvetlerin ölçüldüğü gerçeğinden kaynaklanmaktadır. harekete geçmekten vazgeç.
Üstel (2.6)'da Planck sabitinin bulunması, yarı ömrün enerjiye olan güçlü bağımlılığını açıklar. Enerjideki küçük bir değişiklik bile üsde önemli bir değişikliğe ve dolayısıyla yarı ömürde çok keskin bir değişikliğe yol açar. Bu nedenle, yayılan α-parçacıklarının enerjileri çok sınırlıdır. Ağır çekirdekler için, 9 MeV'nin üzerindeki enerjilere sahip α-parçacıkları neredeyse anında uçar ve 4 MeV'nin altındaki enerjilerle çekirdekte o kadar uzun süre yaşarlar ki, α-bozunması kaydedilemez bile. Nadir toprak α-radyoaktif çekirdekler için, çekirdeğin yarıçapındaki azalma ve potansiyel bariyerin yüksekliğinden dolayı her iki enerji de azalır.
Şek. Şekil 2.5, Hf izotoplarının (Z = 72) α-bozunma enerjisinin, A = 156–185 kütle numaraları aralığında A kütle numarasına bağımlılığını göstermektedir. Tablo 2.1, 156–185 Hf izotopları için α-bozunma enerjilerini, yarı ömürleri ve ana bozunma kanallarını listeler. A kütle numarası arttıkça, α-bozunma enerjisinin nasıl azaldığı, bunun da α-bozunma olasılığında bir azalmaya ve β-bozunma olasılığında bir artışa yol açtığı görülebilir (Tablo 2.1). Kararlı bir izotop olan 174 Hf izotopu (doğal bir izotop karışımında, % 0.16'dır), yine de bir α-parçacığının emisyonu ile T 1/2 = 2 10 15 yıl yarılanma ömrü ile bozunur.

Pirinç. 2.5. Hf izotoplarının α-bozunma enerjisinin Q α bağımlılığı (Z = 72)
A kütle numarasından

Tablo 2.1

α-bozunma enerjisinin bağımlılığı Q α , yarı ömür T 1/2 ,
kütle numarası üzerinde H f (Z = 72) izotoplarının farklı bozunma modları A

A = 176–180 olan Hf izotopları, kararlı izotoplardır. Bu izotoplar ayrıca pozitif bir α-bozunma enerjisine sahiptir. Bununla birlikte, ~1.3-2.2 MeV'lik α-bozunma enerjisi çok düşüktür ve bu izotopların α-bozunması, sıfır olmayan α-bozunma olasılığına rağmen tespit edilmemiştir. A > 180 kütle numarasının daha da artmasıyla, β - bozunması baskın bozunma kanalı olur.
Radyoaktif bozunmalarda, nihai çekirdek yalnızca temel durumda değil, aynı zamanda uyarılmış durumlardan birinde de olabilir. Bununla birlikte, α-bozunma olasılığının α-parçacığının enerjisine güçlü bağımlılığı, son çekirdeğin uyarılmış seviyelerine bozunmaların genellikle çok düşük bir yoğunlukta meydana geldiği gerçeğine yol açar, çünkü α-parçacığının enerjisi azalır. son çekirdek uyarıldığında. Bu nedenle, deneysel olarak sadece nispeten düşük uyarma enerjili dönme seviyelerine bozunmalar gözlemlenebilir. Nihai çekirdeğin uyarılmış seviyelerine bozunması, yayılan α-parçacıklarının enerji spektrumunda ince bir yapının ortaya çıkmasına neden olur.
α-bozunmanın özelliklerini belirleyen ana faktör, α-parçacıklarının potansiyel bir bariyerden geçişidir. Diğer faktörler nispeten zayıftır, ancak bazı durumlarda çekirdeğin yapısı ve çekirdeğin α-bozunma mekanizması hakkında ek bilgiler elde etmeyi mümkün kılar. Bu faktörlerden biri, bir kuantum mekanik merkezkaç bariyerinin görünümüdür. Bir α-parçacığı, J i spinli bir çekirdekten (A,Z) uçarsa ve bu durumda son bir çekirdek oluşur.
(A-4, Z-2) spinli bir durumda J f , o zaman α-parçacığı, bağıntı ile tanımlanan toplam J momentini taşımalıdır.

α parçacığının dönüşü sıfır olduğundan, toplam momentumu J, α parçacığı tarafından taşınan l momentumunun yörünge açısal momentumu ile çakışır.

Sonuç, bir kuantum mekanik merkezkaç bariyeridir.

Merkezkaç enerjisi nedeniyle potansiyel bariyerin şeklindeki değişiklik, esas olarak merkezkaç enerjisinin mesafe ile Coulomb olandan çok daha hızlı azalması gerçeğinden dolayı önemsizdir (1/r 2 olarak ve 1/r olarak değil). Ancak bu değişiklik Planck sabitine bölünüp üsse düştüğü için büyük l için çekirdeğin ömründe bir değişikliğe yol açar.
Tablo 2.2, bir yörünge momentumu l ile yayılan α-parçacıklar için merkezkaç bariyeri B l'nin hesaplanan geçirgenliğini, yörünge momentumu l = 0 olan bir çekirdek için bir yörünge momentumu l = 0 ile yayılan santrifüj bariyeri B 0'ın geçirgenliğine göreli olarak gösterir. 90, α-parçacığının enerjisi E α = 4,5 MeV. α-parçacığı tarafından taşınan yörünge momentumundaki bir artışla l, kuantum-mekanik merkezkaç bariyerinin geçirgenliğinin keskin bir şekilde düştüğü görülebilir.

Tablo 2.2

Santrifüj bariyerinin göreli geçirgenliğiα -parçacıklar,
yörünge momentumu l ile hareket
(Z = 90, Eα = 4,5 MeV)

Çeşitli α-bozunma dallarının olasılıklarını keskin bir şekilde yeniden dağıtabilen daha önemli bir faktör, bir α-parçacığının emisyonu sırasında çekirdeğin iç yapısının önemli bir yeniden düzenlenmesi ihtiyacı olabilir. İlk çekirdek küresel ise ve son çekirdeğin temel durumu güçlü bir şekilde deforme olmuşsa, o zaman son çekirdeğin temel durumuna evrimleşmek için, bir α-parçacığı yayma sürecinde ilk çekirdek kendini yeniden düzenlemelidir. , şeklini büyük ölçüde değiştiriyor. Çekirdeğin şeklindeki böyle bir değişiklik, genellikle çok sayıda nükleon ve α gibi birkaç nükleon sistemi içerir. ‑ çekirdekten ayrılan bir parçacık bunu sağlayamayabilir. Bu, temel durumda nihai çekirdeğin oluşma olasılığının ihmal edilebilir olacağı anlamına gelir. Son çekirdeğin uyarılmış durumları arasında küresele yakın bir durum varsa, o zaman ilk çekirdek, α sonucunda önemli bir yeniden düzenleme olmadan ona geçebilir. ‑ çürüme Böyle bir seviyeyi doldurma olasılığı, temel durum da dahil olmak üzere daha düşük seviyedeki devletleri doldurma olasılığını önemli ölçüde aşarak yüksek olabilir.
253 Es, 225 Ac, 225 Th, 226 Ra izotoplarının a-bozunma diyagramlarından, uyarılmış durumlara α-bozunma olasılığının α-parçacığının enerjisine ve yörünge momentumu l üzerindeki güçlü bağımlılıkları görülebilir. α-parçacığı tarafından taşınır.
α-bozunması, atom çekirdeğinin uyarılmış durumlarından da meydana gelebilir. Örnek olarak, Tablo 2.3 ve 2.4, 151 Ho ve 149 Tb izotoplarının toprak ve izomerik durumlarının bozunma modlarını göstermektedir.

Tablo 2.3

151 Ho'nun zeminin α-bozunumu ve izomerik halleri

Tablo 2.4

149 Tb zemin ve izomerik durumların α-bozunması

Şek. 2.6, 149 Tb ve 151 Ho izotoplarının toprak ve izomer durumlarının bozunmasının enerji diyagramlarını göstermektedir.

Pirinç. 2.6 149 Tb ve 151 Ho izotoplarının zemin ve izomer durumları için enerji bozunma diyagramları.

151 Ho izotopunun (JP = (1/2)+, E izomeri = 40 keV) izomer durumundan a-bozunması, bu izomerik duruma e-yakalamadan daha olasıdır (%80). Aynı zamanda, 151 Ho'nun temel durumu, ağırlıklı olarak e-yakalamanın (%78) bir sonucu olarak bozulur.
149 Tb izotopunda, izomerik durumun bozulması (JP = (11/2) - , E izomeri = 35.8 keV) ağırlıklı olarak e-yakalamanın bir sonucu olarak meydana gelir. Zeminin bozunmasının ve izomerik hallerin gözlenen özellikleri, α-bozunma ve e-yakalama enerjisi ve α-parçacığı veya nötrino tarafından taşınan yörünge momentumu ile açıklanır.

kendiliğinden (kendiliğinden) radyoaktif bozunma sürecinde atom çekirdeği tarafından alfa parçacıklarının emisyonu (bkz. Radyoaktivite). A.'da - nehir. atom numarası Z ve kütle numarası A olan bir radyoaktif ("ana") çekirdekten bir helyum çekirdeği yayılır (bkz. Kütle numarası)

Yaklaşık 200 a-radyoaktif çekirdek bilinmektedir (1968); çoğu kurşundan daha ağırdır (Z > 82). Z değerleri aralığında belirli miktarda α-radyoaktif izotop vardır. Atom çekirdeği). Bu nedenle, nadir topraklar bölgesinde birkaç α-radyoaktif çekirdek vardır (örneğin, Ömür Boyu) , düşük enerjili çekirdeklerin karakteristiği A.-r. (aşağıya bakınız).

A.'da - nehir. Belirli bir radyoaktif izotoptan yayılan α-parçacıkları kabaca aynı enerjiye sahiptir. A.-r. sırasında açığa çıkan enerji, kütleleriyle ters orantılı bir oranda α-parçacığı ve çekirdek arasında bölünür. Farklı izotoplar için α-parçacıklarının enerjisi farklıdır. Belirli bir izotopun (veya ömrünün) yarı ömrü T 1/2 ne kadar büyükse, o kadar kısadır. Bilinen tüm α-radyoaktif izotoplar için α-parçacıklarının enerjisi 2 ile 2 arasındadır. mev 9'a kadar Mev.α-radyoaktif çekirdeklerin ömürleri, yaklaşık olarak 3 10 -7 gibi çok geniş bir değer aralığında dalgalanır. saniye 212 Po için 5'e kadar 10 15 yıl 142 Ce için. α-parçacıklarının ömürleri ve enerjileri Sanat. izotoplar ; tüm α-radyoaktif izotoplar da burada belirtilmiştir.

a-parçacıkları, esas olarak atomların ve moleküllerin elektron kabuklarıyla etkileşimleri sırasında, her ikisinin de iyonlaşmasının meydana geldiği, uyarma ve son olarak moleküllerin ayrışması sırasında maddeden geçerken enerji kaybeder. Bir α-parçacığının tam enerji kaybı için çok sayıda çarpışma (10 4 -10 5) gereklidir. Bu nedenle, ortalama olarak, belirli bir enerjinin tüm α-parçacıkları, küçük bir yayılım (% 3-4) ile yaklaşık olarak aynı yolları geçer. Ağır bir α-parçacığının hafif bir elektronla çarpışması, hareketinin yönünü fark edilir şekilde değiştiremeyeceğinden, bu yol - α-parçacığının menzili- basittir.

Bu nedenle, belirli bir enerjinin α-parçacıklarının duracak iyi tanımlanmış bir koşusu vardır; örneğin, normal atmosfer basıncında ve oda sıcaklığında havada, a-parçacıkları yaklaşık 2,5 ila 8,5 aralığındadır. santimetre. Bulut odasındaki α-parçacık izlerinin uzunluğu, radyoaktif numunenin izotopik bileşimini kalitatif olarak belirlemek için kullanılabilir. Üzerinde pilav. bir And. - nehrinde yayılan α-parçacıklarının izlerinin fotoğrafı ortaya çıktı.

α-parçacığı çekirdekten dışarı atıldığında iki farklı kuvvetin etkisine maruz kalır. Çok büyük ve yakın menzilli nükleer kuvvetler, parçacığı çekirdeğin içinde tutma eğilimindeyken, ortaya çıkan α-parçacığının çekirdeğin geri kalanıyla Coulomb (elektriksel) etkileşimi, bir itme kuvvetinin ortaya çıkmasına neden olur.

Üzerinde pilav. 2 bir α-parçacığının nihai çekirdekle (a-parçacığının kaçışından sonra kalan çekirdek) etkileşiminin potansiyel enerjisinin, çekirdeğin merkezine olan mesafeye bağımlılığı gösterilmiştir. İtibaren pilav. α-parçacığının yayıldığında Potansiyel Bariyeri aşması gerektiği görülebilir.

Bir α-parçacığının farklı çekirdeklerdeki toplam (yani potansiyel artı kinetik) enerjisi hem negatif değerler hem de - artan nükleer yük ile - ve pozitif olabilir. Bu son durumda A. - nehir. enerjik olarak çözülecektir. Üzerindeki katı çizgi pilav. 2 çekirdekteki α-parçacığının toplam enerjisi (ya da başka bir deyişle α-parçacığının çekirdekteki enerji düzeyi) gösterilir. Harf ile gösterilen pozitif toplam enerji fazlalığı E, radyoaktif çekirdeğin kütlesi ile α-parçacığının ve son çekirdeğin kütlelerinin toplamı arasındaki farktır.

Örneğin 238 92 için yüksekliği V olan potansiyel bir bariyer olmasaydı sen 15'e eşittir mev, sonra pozitif kinetik enerjiye sahip bir α-parçacığı E (238 92 için sen kinetik enerji alfa bozunumu olur4,2 mev) çekirdeği serbestçe terk edebilir. Pratikte bu, pozitif değerlere sahip çekirdeklerin E doğada hiç olmazdı. Ancak doğada E'nin pozitif olduğu Z ≥ 50 olan çekirdeklerin olduğu bilinmektedir.

Öte yandan, klasik mekanik açısından, E enerjili bir α-parçacığı

Kuantum mekaniği, α-parçacıklarının dalga doğasını hesaba katarak, bir α-parçacığının potansiyel bir bariyerden (Tünel etkisi) sonlu bir "sızıntı" olasılığının olduğunu gösterir. Bariyer, α-parçacığı için kısmen şeffaf hale gelir. Bariyerin şeffaflığı, yüksekliği V ve genişliği B'ye aşağıdaki şekilde bağlıdır:

şeffaflık

burada b - çekirdeğin r yarıçapına bağlı miktar, m - bir α-parçacığının kütlesi, E - onun enerji (bkz. pilav. 2 ). Bariyerin şeffaflığı (geçirgenliği) ne kadar büyükse, genişliği o kadar küçük ve potansiyel bariyerin tepesine ne kadar yakınsa α-parçacığının enerji seviyesi o kadar fazladır (çekirdekteki α-parçacığının enerjisi o kadar büyük olur).

Olasılık A.-r. potansiyel bariyerin geçirgenliği ile orantılıdır. α-parçacığının enerjisindeki bir artışla bariyer genişliği azaldığından ( pilav. 2 ), A.-r olasılığının deneysel olarak elde edilen keskin bağımlılığı. E'den - α-parçacıklarının kinetik enerjisi. Örneğin, yayılan a-parçacıklarının enerjisinde 5'ten 6'ya bir artışla mev olasılık A.-r. 10 7 kat artar.

Olasılık A.-r. ayrıca çekirdekte bir α-parçacığının oluşma olasılığına da bağlıdır. Bir alfa parçacığı çekirdekten ayrılmadan önce orada oluşmalıdır. α-parçacıkları çekirdekte kalıcı olarak bulunmazlar. Çekirdekteki nükleonların karmaşık hareketine dahil olduğu dört temel parçacık vardır ve onları bu çekirdeğin diğer parçacıklarından ayırt etmenin bir yolu yoktur. Bununla birlikte, 4 nükleonun rastgele bir yaklaşımının bir sonucu olarak, çekirdekte kısa bir süre için bir α-parçacığının oluşma olasılığı fark edilir (Alfa bozunması10 -6) vardır. Ancak α-parçacığı çekirdekten ayrıldığında ve ondan yeterince uzakta olduğunda, α-parçacığı ve çekirdek iki ayrı parçacık olarak kabul edilebilir.

Olasılık A.-r. kuvvetle çekirdeğin boyutuna bağlıdır [bkz. A.-r kullanımına izin veren formül (*)]. ağır çekirdeklerin boyutunu belirlemek için.

Daha önce bahsedildiği gibi, A.-r.'nin bir sonucu olarak çekirdekten yayılan a-parçacıklarının enerjisi, A.-r'den önce ve sonra çekirdeklerin kütlelerindeki farkın enerji eşdeğerine tam olarak eşit olmalıdır. , yani E'nin değeri. Bu ifade yalnızca son çekirdek

Gerçekten de, birçok radyoaktif elementin α-radyasyonunun, enerjileri birbirine yakın olan birkaç α-parçacığı grubundan (α-spektrumunun "ince yapısı") oluştuğu deneysel olarak gösterilmiştir. Örnek olarak pilav. 3 212 83 Bi'nin (bizmut-212) bozunmasından a-parçacıklarının spektrumu gösterilmektedir.

Üzerinde pilav. dört 212 83 Bi'nin toprağa ve son çekirdeğin uyarılmış durumlarına α-bozunmasının enerji şeması gösterilmiştir.

Ana grup ve ince yapı hatları arasındaki enerji farkı 0,04, 0,33, 0,47 ve 0,49'dur. Mev. Alfa spektrumunun ince yapı çizgileri, yalnızca manyetik alfa spektrometrelerinin yardımıyla deneysel olarak ayırt edilebilir.

α-parçacıklarının spektrumlarının ince yapısının bilgisi, son çekirdeğin uyarılmış durumlarının enerjisini hesaplamayı mümkün kılar.

Bazı radyoaktif izotoplar, ana α parçacıkları grubunun enerjisinden çok daha büyük enerjilere sahip az sayıda α parçacığı yayar. Bu nedenle, örneğin, bozunmadan kaynaklanan α-parçacıklarının spektrumunda MeV, ana grubun enerjisinden daha büyüktür. Bu iki grubun yoğunluğu sözde. uzun menzilli α-parçacıkları, α-radyasyonunun toplam yoğunluğunun sadece 10 -5'i kadar Alfa bozunumudur. Bu parçacıklardan birinin izi pilav. 5 . Uzun menzilli parçacıkların varlığı, A.-r. uyarılmış durumda olan (daha yüksek enerjili) çekirdekleri deneyimleyebilir.

Atom ve nükleer fiziğin birçok temel kavramı, kökenlerini α-radyoaktivite çalışmasına borçludur. 1928'de G. Gamow ve bağımsız olarak G. Gurney ve E. Condon tarafından önerilen A.-r. teorisi ilk uygulamaydı. Kuantum mekaniği nükleer süreçlere. α-parçacıklarının saçılmasının incelenmesi, atomun kütle merkezi ve atomun pozitif yükü olarak atom çekirdeği kavramına yol açtı. Hafif elementlerin alfa parçacıkları ile ışınlanması, keşfin yolunu açtı. nükleer reaksiyonlar ve yapay radyoaktivite.

Aydınlatılmış.: Glesston S., Atom. Atom çekirdeği. Atom enerjisi, çev. İngilizce'den, M., 1961; Goldansky V.I., Leikin E.M., Atom çekirdeğinin dönüşümleri, Moskova, 1958.

VS. Evseev.

Pirinç. 2. Bir α-parçacığının sonlu bir çekirdekle etkileşiminin potansiyel enerjisi. V- potansiyel bariyer yüksekliği, AT- genişliği, Eα-parçacığının enerjisidir, r- çekirdeğin merkezinden uzaklık.

α-parçacıkları temel duruma geçişe karşılık gelir, α 1 , α 2 , α 3 ve α 4 - alfa parçacıkları son çekirdeğin uyarılmış durumlardan birine geçişi sırasında yayılır.

Pirinç. Şekil 1. Bir bulut odasındaki α-parçacık izlerinin fotoğrafları, α-parçacıkları AcC + AcC kaynağı tarafından yayılır Şekil 2'de AcC tarafından yayılan α-parçacıklarının izleri görülebilir. Bu parçacıkların menzili daha uzundur (6.6 santimetre) α-parçacıkları AcC'den (5.4 santimetre).

Büyük Sovyet Ansiklopedisi. - M.: Sovyet Ansiklopedisi. 1969-1978 .

Diğer sözlüklerde "Alfa bozunması" nın ne olduğunu görün:

ANCAK; m. Bir alfa parçacığının yayıldığı atom çekirdeğinin radyoaktif dönüşümü. * * * alfa bozunması (α bozunması), atom çekirdeğinin bir tür radyoaktif bozunması, bir alfa parçacığı yayıldığında, çekirdeğin yükü 2 birim azalır, kütle numarası ... ... ansiklopedik sözlük

Modern Ansiklopedi

Alfa bozunması- (çürüme), radyoaktivite türü; bir atom çekirdeğinden bir alfa parçacığının emisyonu. Alfa bozunması sırasında, kütle numarası (nükleon sayısı) 4 birim azalır ve nükleer yük (proton sayısı) 2 birim azalır. Bu durumda, bölünen enerji açığa çıkar ... ... Resimli Ansiklopedik Sözlük

Alfa bozunması- (α bozunması) atom çekirdeğinin kendiliğinden radyoaktif bozunması sırasında alfa parçacıklarının (α parçacıkları) emisyonu. Çekirdeğin yükü 2 birim ve kütle numarası 4 azalır. A kütle numarası 200'den büyük ve yük sayısı Z olan ağır çekirdekler için tipiktir ... ... Rus emek koruma ansiklopedisi

at çürümesi. çekirdek, bir parçacıkların emisyonu ile birlikte. A. r. nükleer yük Z (temel yük birimlerinde) 2 birim ve A kütle numarası 4 birim azalır, örneğin: 22688Ra® 22286Rn + 42He Fiziksel Ansiklopedi

ALFA ÇÖZÜMÜ- yayıldığı atom çekirdeğinin bir tür kendiliğinden radyoaktif bozunması (bkz.), çekirdeğin yükü 2 birim, kütle numarası 4 azalır. A. p. ayrı bir enerji spektrumuna sahip olan alfa parçacıkları ile ilişkilidir (bkz.). A.r. bahsetmek ... Büyük Politeknik Ansiklopedisi

Bir alfa parçacığının yayıldığı bir atom çekirdeğinin radyoaktif dönüşümü. Yeni yabancı kelimeler sözlüğü. EdwART, 2009 tarafından… Rus dilinin yabancı kelimeler sözlüğü

Bugün alfa bozunmasının ne olduğundan ve klasik ve alternatif teoriler açısından nasıl açıklanabileceğinden bahsedeceğiz. Maddi dünyanın varlığı, ancak herhangi bir maddeyi oluşturan yapıların yeterince kararlı olması nedeniyle mümkündür. Atomlardaki parçacıkları birbirine bağlayan kuvvetler, tüm evrenin varlığını sağlayan temeldir. Atom cihazının modern modelleri, yalnızca yasaları formüle etmeyi değil, aynı zamanda mikro dünyanın gözlemlenen birçok fenomenini açıklamayı da mümkün kılar. Gezegen modeli çerçevesinde, her atomun merkezinde, eşit oranlarda proton ve nötron içeren çekirdek bulunur. Protonların, nötronların ve elektronların oranı 1:1:1 olarak temsil edilir. İlk bakışta inanılmaz gibi görünse de aslında bu bağımlılık evrenin temel yasalarından birinin sonucudur: elektrik -1, proton +1'dir ve iki küçük zıt yüklü elementin birleşimi olan nötronlar, genellikle elektriksel olarak nötr (bu arada, dolayısıyla ve başlık).

Coulomb kuvvetleri nedeniyle, çekirdekteki protonlar birbirini iter, ancak dengeleme kuvveti parçacıkları bir arada tutar. Alfa bozunumu nedir? Oluşum mekanizması çok basittir: eğer protonlar birbirinden uzaklaşırsa, elektrorepulsiyon kuvveti, daha hafif bir çekirdek ve partikül oluşumuna yol açan güçlü etkileşimden daha büyük hale gelir. İlk mesafenin nedenleri çeşitlidir - hem dış etkiler hem de (entropi faktörü) olabilir.

Dünya görüşünün çöküşü

1896'ya kadar atomların bölünemez olduğuna ve her birinin yapısının belirli bir maddenin özelliği olduğuna inanılıyordu. Ancak uranyum tuzlarını inceleyen A. Becquerel (bazen Rutherford olarak anılır), o zamanın atom teorisinin birçok varsayımına şüphe uyandıran radyoaktivite fenomenini keşfetti. Alfa bozunması, pozitif yüklü parçacıkların emisyonudur - helyum-4 çekirdeği. Bu işlemin öncelikle ağır elementlerin çekirdekleri için karakteristik olduğu kaydedilmiştir. Bir alfa parçacığının özelliklerinden biri, çift pozitif yüküdür. Bunun nedeni, yapıdan iki elektronun eksik olmasıdır. Bu durumda toplam ücret +2'ye eşittir. Alfa bozunması Rutherford tarafından incelenmiştir. Böyle bir parçacık yapısının (2 nötron + 2 proton) son derece kararlı olduğunu ve teorik olarak diğer çekirdeklerin çoğunun benzer parçacıklara ve daha hafif elementlerin çekirdeklerine bozunması gerektiğini belirledi. Ancak bu gerçekleşmez. Rutherford, herhangi bir nükleer değişimin ancak bir helyum atomu (alfa parçacığı) veya yüksek enerjili bir elektron (beta parçacığı) girdiğinde mümkün olduğunu öne sürdü. Daha sonra, bu doğrulandı, ancak onlarca yıllık araştırma ve kuantum mekaniği alanından yeni bir kavramın tanıtılması - bir tünel geçişi aldı.

Engeli aşmak

Yukarıda bahsedildiği gibi, kararlı bir yapı bir alfa parçacığıdır. Şarjı 2 ila 10 MeV arasındadır. Atomun temeline nüfuz edebilmesi için elektriksel itme kuvvetlerinin üstesinden gelmek gerekir (sonuçta çekirdekte ve parçacıkta protonlar bulunur). Bu, geçtikten sonra intranükleer çekim kuvvetlerinin hakim olmaya başladığı aynı bariyerdir. Mikro kozmosun yasaları bize tanıdık gelenlerden farklıdır, bu nedenle bazı durumlarda bir duvardan geçmek için onu yok etmek hiç gerekli değildir. Bir tünel geçişi ile bariyeri aşmak mümkündür. Parçacığın enerjisi ile geçiş maliyeti arasındaki fark ne kadar küçükse, itmenin üstesinden gelme olasılığı o kadar yüksek olur. Çoğu çekirdek için tünel geçişi olasılığı o kadar küçüktür ki, kararlı oluşumlar olarak kabul edilebilirler. Diğerleri, belirli koşullar altında, alfa parçacıklarının dışarıdan nüfuz etmesine (ve içeriden dışarı çıkmasına) izin verir.

ALPHA DECAY (α-decay), bir alfa parçacığının (4 He çekirdeği) atom çekirdeğinin emisyonu. Çekirdeğin zeminden (uyarılmamış) alfa bozunması durumuna da alfa radyoaktivitesi denir.

"α-ışınları" terimi, 1896'da A. A. Becquerel tarafından radyoaktif maddeler tarafından yayılan en az nüfuz edici radyasyon türünü belirtmek için radyoaktivitenin keşfinden kısa bir süre sonra tanıtıldı. 1909'da E. Rutherford ve T. Royds, α-parçacıklarının iki kat iyonize helyum atomları olduğunu kanıtladı.

Alfa bozunması sırasında, ana çekirdeğin A kütle numarası 4 birim azalır ve yük (proton sayısı) Z - 2 birim azalır.

A Z → A-4 (Z-2) + 4 2 He + Q. (1)

Alfa bozunması sırasında açığa çıkan Q enerjisi, ana çekirdeğin kütleleri ile her iki bozunma ürünü arasındaki fark tarafından belirlenir. Q pozitifse, alfa bozunması enerjisel olarak mümkündür. Bu koşul, A > 150 olan hemen hemen tüm çekirdekler için sağlanır. Alfa radyoaktif çekirdeklerin gözlenen yaşam süreleri 10 17 yıl (204 Pb) ile 3·10 -7 saniye (212 Rho) arasında değişir. Ancak çoğu durumda Q > 0 olan çekirdeklerin yaşam süreleri (yarı ömürler) çok uzun olur ve alfa radyoaktivitesi gözlemlenemez. Kinetik enerji a partikülleri 1.83 MeV (144 Nd) ila 11.65 MeV (212 Rho izomeri) arasında değişir.

Esas olarak yapay olarak elde edilen 300'den fazla a-radyoaktif nüklid bilinmektedir. Bunların büyük çoğunluğu periyodik tabloda kurşunun (Z> 82) arkasında yer alan elementlere aittir. Lantanitler bölgesinde (A = 140-160) bir grup a-radyoaktif nüklid ve ayrıca lantanitler ve kurşun arasında küçük bir grup vardır. A = 106-116 ile birkaç kısa ömürlü alfa yayan nüklid, ağır iyonlarla nükleer reaksiyonlarda sentezlenmiştir.

alfa spektroskopisi. Ana çekirdeklerden bozunmaları sırasında yayılan alfa parçacıkları genellikle farklı enerjilere sahip birkaç grup oluşturur. Bu grupların enerji dağılımına enerji spektrumu denir ve alfa parçacıklarının spektrumlarının incelenmesiyle ilgili deneysel fizik alanına alfa spektroskopisi denir. Spektrum çizgilerinin her biri, yavru çekirdeğin belirli bir durumuna (enerji düzeyi) karşılık gelir. Alfa spektroskopisinin görevi, a-parçacık gruplarının her birinin enerjisini ve yoğunluğunu ve ayrıca bozunan çekirdeklerin yaşam sürelerini ölçmektir. Bu veriler, kızı çekirdeğin bireysel seviyelerinin özelliklerini - uyarma enerjilerini, dönüşlerini, paritelerini ve oluşum olasılıklarını belirlemeyi mümkün kılar. Elde edilen spektroskopik bilgi, hem yavru hem de ebeveyn çekirdeklerin yapısı hakkında önemli ve bazen tek bilgi kaynağı olduğu ortaya çıkıyor. Son zamanlarda, alfa spektroskopisi, süper ağır elementlerin sentezinde kullanılan en önemli araştırma yöntemlerinden biri haline geldi.

Çürüyen çekirdekler tarafından yayılan α-parçacıklarının enerjisinin ve yoğunluğunun ölçümü, alfa spektrometreleri ile gerçekleştirilir. Çoğu zaman, yaklaşık %0,1'lik bir açıklık oranında 12 keV'a kadar (6 MeV enerjili a-parçacıklar için) bir enerji çözünürlüğü elde etmeyi mümkün kılan çeşitli tiplerde silikon yarı iletken dedektörler kullanılır. Bununla birlikte, çok daha düşük bir açıklık oranına sahip olan ve karmaşık ve hantal bir tasarımla ayırt edilen manyetik spektrometreler kullanılarak daha yüksek çözünürlük elde edilebilir.

yarı ömür. α-radyoaktivitesinin özelliklerinden biri, α-parçacıklarının enerjisindeki nispeten küçük bir farkla, ana çekirdeklerin yaşam sürelerinin birçok büyüklük mertebesinde farklılık göstermesidir. α-radyoaktivite teorisinin yaratılmasından çok önce, yarılanma ömrü T 1/2'yi bozunma enerjisi Q ile bağlayan ampirik bir ilişki kuruldu (Geiger - Nettall yasası):

Bu ilişki en iyi, çift sayıda nötron ve protona sahip çekirdeklerin temel durumları arasındaki geçişler için sağlanır.

Alfa bozunumu teorisi. Alfa bozunmasının en basit teorisi 1927'de G. Gamow tarafından önerildi; yeni oluşturulan kuantum mekaniğinin nükleer fenomenlerin tanımına ilk uygulamasıydı. Bu teori, bir Coulomb bariyeri ile potansiyel bir kuyuda bir α-parçacığının hareketini dikkate aldı (Şekil).

Çünkü ağır çekirdekler için Coulomb bariyerinin yüksekliği 25-30 MeV'dir ve alfa parçacıklarının enerjisi sadece 5-10 MeV'dir, o zaman çekirdekten ayrılmaları klasik mekanik yasaları tarafından yasaklanmıştır ve sadece kuantum nedeniyle gerçekleşebilir. mekanik tünel etkisi. Bariyerin basitleştirilmiş bir formunu kullanarak ve α-parçacığının çekirdeğin içinde olduğunu varsayarak, üstel olarak α-parçacığının enerjisine bağlı olan alfa bozunması olasılığı için bir ifade, yani (2) gibi bir ifade elde edilebilir. . Gamow'un teorisi, alfa bozunma olasılığını ve bunun alfa parçacığının enerjisine ve çekirdeğin yüküne bağımlılığını belirleyen ana faktörün Coulomb bariyeri olduğunu ortaya koydu.

Alfa bozunmasının tanımına yönelik modern yaklaşım, nükleer reaksiyonlar teorisinde kullanılan yöntemlere dayanmaktadır. Alfa bozunumu λ olasılığı (yarı ömrün T 1/2'nin bir faktör ln 2 = 0,693'e kadar olan karşılığı) üç faktörün bir ürünü olarak temsil edilebilir:

Spektroskopik faktör olarak adlandırılan S faktörü, belirli bir ana çekirdekte iki proton ve iki nötrondan bir α-parçacığının oluşma olasılığını belirler. Bu olasılık, hem ilk hem de son çekirdeklerin iç yapısına bağlıdır. P faktörü, belirli bir enerjinin α parçacığı tarafından Coulomb engelini (geçirgenliği) geçme olasılığıdır. Üçüncü faktör v, engeli aşmak için birim zamandaki girişimlerin sayısıdır. Çekirdekte gerçek bir α-parçacığı mevcut olsaydı, o zaman v'nin değeri α-parçacığının bariyer ile çarpışma frekansına, yani birliğin çekirdeğin uçuş süresine bölümü ile alfa çapına yakın olurdu. parçacık. gerçek değer v böyle bir tahminden çok farklı değildir.

Bu nedenle, alfa bozunması iki aşamalı bir süreçtir: ilk önce, bir a-parçacığı ortaya çıkmalı ve bozunan çekirdeğin yüzeyinde görünmeli ve ardından potansiyel bariyeri geçmelidir. Yukarıda tartışılan teori, deneysel verileri iyi bir şekilde yeniden üretir ve bunlardan çekirdeğin yapısı hakkında önemli bilgiler elde etmeyi mümkün kılar. Özellikle, α-parçacıklarının ağır çekirdeklerin içinde sürekli olarak bulunmamasına rağmen, yüzey katmanıçekirdekler, nükleonlar, zamanlarının önemli bir bölümünü alfa kümeleri adı verilen alfa parçacık gruplamalarında geçirirler.

Uyarılmış çekirdeklerin alfa bozunması. Ağır çekirdeklerin daha düşük uyarılmış durumlarından, uzun menzilli a-parçacıklarının emisyonuna yol açan ayrı bozunma vakaları uzun zamandır bilinmektedir ve alfa radyoaktivite fenomenine atfedilir. Uzun menzilli alfa parçacıkları, bozunma enerjisine Q eklenen seviye uyarma enerjisi nedeniyle ek enerji alır. Kural olarak, uyarılmış çekirdeklerin alfa bozunması nükleer reaksiyonlar kullanılarak incelenir ve yukarıda ele alınan teori bu işlemlere tamamen uygulanabilir. ilave olarak. Çekirdeklerin uyarılmış durumlarının gözlemlenen yaşam süreleri 10-11 s ila 10-22 s aralığındadır. Hafif çekirdeklerin bazı bozunma durumları, birliğe yakın spektroskopik faktörlere sahiptir ve bu, bu tür çekirdeklerin alfa-parçacık yapısı hakkında konuşmamıza izin verir (bkz. Çekirdek Kümesi Modeli). Yüksek uyarılmış çekirdek durumlarının alfa bozunması çalışması, yüksek uyarma enerjilerinde nükleer yapıyı incelemek için önemli yöntemlerden biridir.

Yanan: Alfa, beta ve gama spektroskopisi. M., 1969. Sayı. 2; Solovyov VG Atom çekirdeği teorisi: Nükleer modeller. M., 1981.