Ma'lum bo'lgan a-radioaktiv yadrolarning yarimparchalanish davri juda xilma-xildir. Shunday qilib, 182 Vt volfram izotopining yarim yemirilish davri T 1/2 > 8,3·10 18 yil, 219 Pa protaktiniy izotopi esa T 1/2 = 5,3·10 -8 s.

Guruch. 2.1. Yarim umrga bog'liqlik radioaktiv element tabiiy radioaktiv elementning a-zarrasining kinetik energiyasidan. Kesilgan chiziq Geiger-Nattall qonunidir.

Juft-juft izotoplar uchun yarim yemirilish davrining a-emirilish energiyasiga bog'liqligi Q a. empirik tomonidan tasvirlangan Geyger-Nettol qonuni

bu yerda Z oxirgi yadro zaryadi, yarim yemirilish davri T 1/2 soniyalarda ifodalanadi, a-zarracha E a energiyasi MeVda. Shaklda. 2.1 a-radioaktiv juft-juft izotoplar uchun yarimparchalanish davrlarining eksperimental qiymatlari (Z 74 dan 106 gacha o'zgarib turadi) va ularning tavsifi (2.3) munosabati yordamida ko'rsatilgan.
Toq-juft, juft-toq va toq-toq yadrolar uchun umumiy bogʻliqlik tendentsiyasi
Q a ning lg T 1/2 qismi saqlanadi, lekin yarimparchalanish davri bir xil Z va Q a bo'lgan juft-juft yadrolarga qaraganda 2-100 baravar ko'p.
a-emirilish sodir bo'lishi uchun M(A,Z) boshlang'ich yadro massasi oxirgi yadro M(A-4, Z-2) va a ning massalari yig'indisidan katta bo'lishi kerak. -zarra M a:

bu yerda Q a = c 2 - a-emirilish energiyasi.
M a dan beri<< M(A-4, Z-2), a-emirilish energiyasining asosiy qismi a tomonidan olib tashlanadi ‑ zarracha va faqat ≈ 2% - yakuniy yadro (A-4, Z-2).
Ko'pgina radioaktiv elementlarning a-zarralarining energiya spektrlari bir nechta chiziqlardan iborat (a-spektrlarning nozik tuzilishi). a-spektrning nozik strukturasi paydo bo'lishining sababi boshlang'ich yadroning (A, Z) yadroning qo'zg'aluvchan holatiga (A-4, Z-2) parchalanishidir. a-zarrachalarning spektrlarini o'lchash orqali qo'zg'aluvchan holatlarning tabiati haqida ma'lumot olish mumkin.
yadrolari (A-4, Z-2).
Energetik jihatdan a-emirilishi mumkin bo'lgan A va Z yadrolarining qiymatlari diapazonini aniqlash uchun yadrolarning bog'lanish energiyalari bo'yicha eksperimental ma'lumotlardan foydalaniladi. a-emirilish Q a energiyasining A massa soniga bog'liqligi rasmda ko'rsatilgan. 2.2.
Anjirdan. 2.2-rasmda a-emirilish A ≈ 140 dan boshlab energetik jihatdan mumkin bo'lishi ko'rsatilgan. A = 140–150 va A ≈ 210 hududlarida Q a yadroning qobiq tuzilishi bilan bog'liq bo'lgan aniq maksimallarga ega. A = 140-150 da maksimal neytron qobig'ining N =A – Z = 82 sehrli soni bilan to'ldirilishi bilan, A ≈ 210 da maksimal esa Z da proton qobig'ining to'ldirilishi bilan bog'liq. = 82. Bu qobiq tuzilishi bilan bog'liq atom yadrosi a-faol yadrolarning birinchi (nodir yer) hududi N = 82 dan boshlanadi va og'ir a-radioaktiv yadrolar Z = 82 dan boshlab ayniqsa ko'payadi.

Guruch. 2.2. a-emirilish energiyasining A massa soniga bog'liqligi.

Yarim yemirilish davrining keng diapazoni, shuningdek, ko'plab a-radioaktiv yadrolar uchun bu davrlarning katta qiymatlari, a-zarracha yadroni "darhol" tark eta olmasligi bilan izohlanadi, garchi bu shunday bo'lsa ham. energetik jihatdan qulay. Yadroni tark etish uchun a-zarracha potensial to'siqni - yadro chegarasidagi a-zarracha va oxirgi yadroning elektrostatik qaytarilishining potentsial energiyasi va tortishish kuchlari tufayli hosil bo'lgan mintaqani engib o'tishi kerak. nuklonlar orasida. Klassik fizika nuqtai nazaridan, a-zarracha potentsial to'siqni yengib chiqa olmaydi, chunki u buning uchun zarur bo'lgan kinetik energiyaga ega emas. Biroq, kvant mexanikasi bunday imkoniyatni tan oladi - a ‑ zarracha potentsial to'siqdan o'tib, yadroni tark etishning ma'lum bir ehtimoli bor. Ushbu kvant mexanik hodisasi "tunnel effekti" yoki "tunnellash" deb ataladi. To'siqning balandligi va kengligi qanchalik katta bo'lsa, tunnel qilish ehtimoli shunchalik past bo'ladi va yarimparchalanish davri mos ravishda uzoqroq bo'ladi. Yarim yemirilish davrining katta diapazoni
a-emitentlar a-zarralarning kinetik energiyalari va potentsial to'siqlar balandliklarining turli kombinatsiyasi bilan izohlanadi. Agar to'siq bo'lmasa, u holda a-zarracha xarakterli yadro uchun yadroni tark etadi.
vaqt ≈ 10 -21 - 10 -23 s.
a-emirilishning eng oddiy modeli 1928 yilda G. Gamov tomonidan va mustaqil ravishda G. Gurney va E. Kondon tomonidan taklif qilingan. Bu modelda alfa zarracha yadroda doimiy mavjud deb faraz qilingan. a-zarracha yadroda bo'lsa, unga yadro tortishish kuchlari ta'sir qiladi. Ularning ta'sir qilish radiusi yadro radiusi bilan taqqoslanadi R. Yadro potensialining chuqurligi V 0 . Yadro sirtidan tashqarida r > R uchun potentsial Kulon itarish potensialidir

V(r) = 2Ze 2 /r.

Guruch. 2.3. a-zarrachalar energiyasi E a neytronlar soniga qarab N
asl yadroda. Chiziqlar bir xil kimyoviy elementning izotoplarini bog'laydi.

Jozibador yadro potentsiali va itaruvchi Kulon potentsialining birgalikdagi ta'sirining soddalashtirilgan diagrammasi 2.4-rasmda ko'rsatilgan. Yadrodan tashqariga chiqish uchun energiya E a bo'lgan a-zarra R dan R c gacha bo'lgan hududda o'ralgan potensial to'siqdan o'tishi kerak. a-emirilish ehtimoli asosan a-zarraning potentsial to'siqdan o'tish ehtimoli D bilan aniqlanadi.

Ushbu model doirasida a ehtimollikning kuchli bog'liqligini tushuntirish mumkin edi ‑ a-zarrachaning energiyasidan parchalanish.

Guruch. 2.4. a-zarrachaning potentsial energiyasi. potentsial to'siq.

Yemirilish konstantasi l ni hisoblash uchun a-zarraning potentsial to‘siqdan o‘tish koeffitsientini birinchidan, a-zarrachaning yadroda hosil bo‘lganligi w a ehtimolligiga, ikkinchidan, a-zarrachaning potentsial to‘siqdan o‘tish koeffitsientini ko‘paytirish kerak. yadroning chetida bo'lish ehtimoli bilan. Agar radiusi R bo'lgan yadrodagi a-zarracha v tezlikka ega bo'lsa, u holda u chegaraga o'rtacha soniyada ≈ v/2R marta yaqinlashadi. Natijada yemirilish doimiysi l uchun munosabatni olamiz

(2.6)

Yadrodagi a-zarracha tezligini uning yadro potensiali qudug‘i ichidagi kinetik energiyasi E a + V 0 ga qarab baholash mumkin, bu esa v ≈ (0,1-0,2) s ni beradi. Bundan allaqachon kelib chiqadiki, yadroda a-zarra mavjud bo'lganda, uning D to'sig'idan o'tish ehtimoli.<10 -14 (для самых короткоживущих относительно α‑распада тяжелых ядер).
Eksponentdan oldingi omilni baholashning qo'polligi unchalik ahamiyatli emas, chunki yemirilish konstantasi unga ko'rsatkichga qaraganda beqiyos darajada zaifroq bog'liq.
(2.6) formuladan kelib chiqadiki, yarim yemirilish davri yadro radiusi R ga kuchli bog'liq, chunki R radiusi nafaqat ko'rsatkichdan oldingi omilga, balki integratsiya chegarasi sifatida ko'rsatkichga ham kiradi. Shuning uchun a-emirilish haqidagi ma'lumotlardan atom yadrolarining radiuslarini aniqlash mumkin. Shu tarzda olingan radiuslar elektronlarni tarqatish tajribalarida topilganidan 20-30% kattaroq bo'lib chiqadi. Bu farq tez elektronlar bilan olib borilgan tajribalarda yadrodagi elektr zaryadining tarqalish radiusi, a-emirilishda esa yadro bilan a-zarracha orasidagi masofa oʻlchanishi bilan bogʻliq boʻlib, bunda yadro kuchlari taʼsir qiladi. harakat qilishni to'xtating.
(2.6) ko'rsatkichda Plank doimiysining mavjudligi yarimparchalanish davrining energiyaga kuchli bog'liqligini tushuntiradi. Hatto energiyaning kichik o'zgarishi ham eksponentning sezilarli o'zgarishiga olib keladi va shuning uchun yarim umrning juda keskin o'zgarishiga olib keladi. Shuning uchun chiqadigan a-zarralarning energiyalari juda cheklangan. Og'ir yadrolar uchun energiyasi 9 MeV dan yuqori bo'lgan a-zarralar deyarli bir zumda uchib ketadi va 4 MeV dan past energiya bilan ular yadroda shunchalik uzoq vaqt yashaydiki, a-emirilishni hatto qayd etib bo'lmaydi. Noyob yer a-radioaktiv yadrolari uchun yadro radiusi va potentsial to'siq balandligining pasayishi tufayli ikkala energiya ham kamayadi.
Shaklda. 2.5-rasmda Hf izotoplarining (Z = 72) a-emirilish energiyasining A = 156-185 massa sonlari oralig'ida A massa soniga bog'liqligi ko'rsatilgan. 2.1-jadvalda 156–185 Hf izotoplari uchun a-emirilish energiyalari, yarim yemirilish davrlari va asosiy parchalanish kanallari keltirilgan. A massa soni ortishi bilan a-emirilish energiyasi qanday kamayishini ko'rish mumkin, bu esa a-emirilish ehtimolining pasayishiga va b-emirilish ehtimolining oshishiga olib keladi (2.1-jadval). 174 Hf izotopi barqaror izotop bo'lib (izotoplarning tabiiy aralashmasida u 0,16% ni tashkil qiladi), shunga qaramay a-zarrachani chiqarish bilan yarim yemirilish davri T 1/2 = 2 10 15 yil bilan parchalanadi.

Guruch. 2.5. Hf izotoplarining a-emirilish energiyasi Q a bog'liqligi (Z = 72)
A massa raqamidan.

2.1-jadval

a-emirilish energiyasiga bog'liqligi Q a , yarim yemirilish davri T 1/2 ,
massa soni bo'yicha H f (Z = 72) izotoplarining turli xil yemirilish usullari A

A = 176-180 bo'lgan Hf izotoplari barqaror izotoplardir. Bu izotoplar ham ijobiy a-emirilish energiyasiga ega. Biroq, ~1,3-2,2 MeV a-emirilish energiyasi juda past va bu izotoplarning a-emirilishi nolga teng bo'lmagan a-emirilish ehtimoliga qaramay aniqlanmagan. Massa sonining yana A > 180 ortishi bilan b - yemirilish dominant parchalanish kanaliga aylanadi.
Radioaktiv parchalanishlarda yakuniy yadro nafaqat asosiy holatda, balki qo'zg'atilgan holatlardan birida ham bo'lishi mumkin. Biroq, a-emirilish ehtimolining a-zarracha energiyasiga kuchli bog'liqligi, yakuniy yadroning qo'zg'aluvchan darajalariga parchalanishning odatda juda past intensivlikda sodir bo'lishiga olib keladi, chunki a-zarrachaning energiyasi qachon kamayadi. oxirgi yadro hayajonlangan. Shuning uchun, faqat nisbatan past qo'zg'alish energiyasiga ega bo'lgan aylanish darajalariga parchalanishni eksperimental ravishda kuzatish mumkin. Yakuniy yadroning qo'zg'aluvchan darajalariga parchalanishi, chiqarilgan a-zarrachalarning energiya spektrida nozik strukturaning paydo bo'lishiga olib keladi.
a-emirilish xossalarini belgilovchi asosiy omil a-zarralarning potentsial to'siqdan o'tishidir. Boshqa omillar nisbatan zaif, lekin ba'zi hollarda yadro tuzilishi va yadroning a-emirilish mexanizmi haqida qo'shimcha ma'lumot olish imkonini beradi. Bu omillardan biri kvant mexanik markazdan qochma to'siqning paydo bo'lishidir. Agar a-zarracha yadrodan (A,Z) spin J i bilan uchib chiqsa va bu holda yakuniy yadro hosil bo'lsa.
(A-4, Z-2) spin J f bo'lgan holatda, u holda a-zarracha munosabat bilan aniqlangan J umumiy momentni olib ketishi kerak.

a-zarrachaning spini nolga teng boʻlgani uchun uning umumiy impulsi J a-zarracha olib oʻtgan impuls l ning orbital burchak momentiga toʻgʻri keladi.

Natijada kvant mexanik markazdan qochma to'siq paydo bo'ladi.

Santrifüj energiyasi tufayli potentsial to'siq shaklining o'zgarishi ahamiyatsiz, asosan markazdan qochma energiya masofa bilan Kulonnikidan ancha tezroq kamayib boradi (1/r 2 kabi emas, balki 1/r kabi). Biroq, bu o'zgarish Plank doimiysiga bo'linib, ko'rsatkichga tushganligi sababli, u holda katta l uchun u yadroning yashash muddatining o'zgarishiga olib keladi.
2.2-jadvalda markazdan qochma to'siqni B l orbital impuls bilan chiqarilgan a-zarralar uchun hisoblangan o'tkazuvchanligi l = 0 bo'lgan yadro uchun markazdan qochma to'siqning B 0 o'tkazuvchanligiga nisbatan ko'rsatilgan. 90, a-zarrachaning energiyasi E a = 4,5 MeV. Ko'rinib turibdiki, a-zarracha tomonidan olib ketilgan orbital impuls l ning ortishi bilan kvant-mexanik markazdan qochma to'siqning o'tkazuvchanligi keskin pasayadi.

2.2-jadval

Uchun markazdan qochma to'siqning nisbiy o'tkazuvchanligiα - zarralar,
orbital impuls bilan ketayotgan l
(Z = 90, E a = 4,5 MeV)

A-parchalanishning turli tarmoqlari ehtimolini keskin qayta taqsimlashga qodir bo'lgan muhim omil bu a-zarrachani chiqarish paytida yadroning ichki tuzilishini sezilarli darajada qayta tashkil etish zarurati bo'lishi mumkin. Agar boshlang'ich yadro sharsimon bo'lsa va oxirgi yadroning asosiy holati kuchli deformatsiyalangan bo'lsa, u holda yakuniy yadroning asosiy holatiga o'tish uchun a-zarrachani chiqarish jarayonida boshlang'ich yadro o'zini o'zgartirishi kerak. , shaklini sezilarli darajada o'zgartiradi. Yadro shaklining bunday o'zgarishi odatda juda ko'p nuklonlarni va a kabi bir necha nuklonli tizimni o'z ichiga oladi. ‑ yadrodan chiqqan zarracha uni ta'minlay olmasligi mumkin. Demak, asosiy holatda yakuniy yadro hosil bo'lish ehtimoli ahamiyatsiz bo'ladi. Agar oxirgi yadroning qo'zg'aluvchan holatlari orasida sferik holatga yaqin holat mavjud bo'lsa, u holda a natijasida boshlang'ich yadro sezilarli qayta tartibga solinmasdan unga o'tishi mumkin. ‑ yemirilish Bunday darajadagi aholining to'planish ehtimoli yuqori bo'lib chiqishi mumkin, bu pastroqda joylashgan shtatlarni, shu jumladan, asosiy davlatni joylashtirish ehtimolidan sezilarli darajada oshib ketadi.
253 Es, 225 Ac, 225 Th, 226 Ra izotoplarining a-emirilish diagrammalaridan a-emirilish ehtimolining a-zarracha energiyasiga va orbital impuls l ga qoʻzgʻaluvchan holatga oʻtish ehtimolining kuchli bogʻliqligini koʻrish mumkin. a-zarracha tomonidan olib ketilgan.
a-emirilish atom yadrolarining qo'zg'aluvchan holatlaridan ham sodir bo'lishi mumkin. Misol tariqasida, 2.3 va 2.4-jadvallarda erning parchalanish rejimlari va 151 Ho va 149 Tb izotoplarining izomerik holatlari ko'rsatilgan.

2.3-jadval

Erning a-emirilishlari va 151 Ho ning izomerlik holatlari

2.4-jadval

erning a-emirilishlari va izomerlik holatlari 149 Tb

Shaklda. 2.6 da 149 Tb va 151 Ho izotoplarining er va izomerlik holatlarining yemirilish energiya diagrammalari ko'rsatilgan.

Guruch. 2.6 149 Tb va 151 Ho izotoplarining asosiy va izomerlik holatlari uchun energiya yemirilish diagrammasi.

151 Ho izotopining izomer holatidan a-emirilishi (J P = (1/2) +, E izomeri = 40 keV) bu izomer holatga e-tutishdan ko'ra ko'proq ehtimol (80%). Shu bilan birga, 151 Ho ning asosiy holati asosan e-qo'lga olish natijasida pasayadi (78%).
149 Tb izotopda izomer holatining yemirilishi (J P = (11/2) - , E izomeri = 35,8 keV) asosan elektron tutilish natijasida sodir bo'ladi. Tuproq va izomer holatlarning emirilishining kuzatilgan xususiyatlari a-emirilish va elektron tutilish energiyasi va a-zarracha yoki neytrino tomonidan olib ketilgan orbital impuls bilan izohlanadi.

oʻz-oʻzidan (oʻz-oʻzidan) radioaktiv parchalanish jarayonida atom yadrolari tomonidan alfa zarrachalarining chiqishi (qarang Radioaktivlik ). A.da - daryo. geliy yadrosi atom raqami Z va massa raqami A bo'lgan radioaktiv ("ota") yadrodan chiqariladi (Masa raqamiga qarang)

200 ga yaqin a-radioaktiv yadrolar maʼlum (1968); ularning ko'pchiligi qo'rg'oshindan og'irroq (Z > 82). Z qiymatlari oralig'ida ma'lum miqdorda a-radioaktiv izotoplar mavjud.Atom yadrosi). Shunday qilib, noyob erlar hududida bir nechta a-radioaktiv yadrolar mavjud (masalan, Lifetime) , kam energiyali yadrolarga xos A.-r. (pastga qarang).

A.da - daryo. ma'lum bir radioaktiv izotopning, chiqarilgan a-zarralari, taxminan aytganda, bir xil energiyaga ega. A.-r.da ajralib chiqqan energiya a-zarracha va yadro oʻrtasida ularning massalariga teskari proporsional nisbatda boʻlinadi. Turli izotoplar uchun a-zarrachalarning energiyasi har xil. Bu qanchalik katta bo'lsa, berilgan izotopning yarimparchalanish davri T 1/2 (yoki uning umri) shunchalik qisqaroq bo'ladi. Barcha ma'lum bo'lgan a-radioaktiv izotoplar uchun a-zarrachalarning energiyasi 2 ga teng. mev 9 gacha Mev. a-radioaktiv yadrolarning umri juda katta diapazonda o'zgarib turadi, taxminan 3 10 -7 dan. sek 212 Po uchun 5 10 15 yilgacha 142 S. uchun. a-zarrachalarning yashash vaqtlari va energiyalari San'at jadvalida keltirilgan. izotoplar ; u erda barcha a-radioaktiv izotoplar ham ko'rsatilgan.

a-zarralar materiyadan o'tayotganda energiyani asosan atomlar va molekulalarning elektron qobiqlari bilan o'zaro ta'sirida yo'qotadi, bunda ikkalasining ionlanishi, qo'zg'alishi va nihoyat, molekulalarning dissotsiatsiyasi sodir bo'ladi. a-zarracha energiyasini to'liq yo'qotish uchun juda ko'p miqdordagi to'qnashuvlar (10 4 -10 5) talab qilinadi. Shuning uchun o'rtacha ma'lum energiyaning barcha a-zarralari kichik tarqalish (3-4%) bilan taxminan bir xil yo'llardan o'tadi. Og'ir a-zarrachaning engil elektron bilan to'qnashuvi uning harakat yo'nalishini sezilarli darajada o'zgartira olmasligi sababli, bu yo'l - a-zarrachaning diapazoni to'g'ridan-to'g'ri.

Shunday qilib, berilgan energiyaning a-zarralari to'xtash uchun aniq belgilangan yugurishga ega; Masalan, normal atmosfera bosimi va xona haroratidagi havoda a-zarrachalar taxminan 2,5 dan 8,5 gacha diapazonga ega. sm. Bulut kamerasidagi a-zarrachalar izlarining uzunligi radioaktiv namunaning izotopik tarkibini sifat jihatidan aniqlash uchun ishlatilishi mumkin. Ustida guruch. bitta And. - daryosida chiqarilgan a-zarralar izlarining fotosurati olingan.

Yadrodan chiqarilganda a-zarracha ikki xil kuch ta'sirini boshdan kechiradi. Kattaligi jihatidan juda katta va yaqin masofada harakat qiluvchi yadro kuchlari zarrachani yadro ichida ushlab turishga intiladi, hosil boʻlgan a-zarrachaning yadroning qolgan qismi bilan kulon (elektr) oʻzaro taʼsirida yadroning koʻrinishi paydo boʻladi. itaruvchi kuch.

Ustida guruch. 2 a-zarrachaning oxirgi yadro (a-zarracha qochib ketganidan keyin qolgan yadro) bilan oʻzaro taʼsirining potensial energiyasining yadro markazigacha boʻlgan masofaga bogʻliqligi koʻrsatilgan. Kimdan guruch. Ko'rinib turibdiki, a-zarracha chiqarilayotganda potentsial to'siqni yengib o'tishi kerak.

Turli yadrolardagi a-zarraning umumiy (ya'ni potensial va kinetik) energiyasi ham manfiy, ham yadro zaryadining ortishi bilan - va ijobiy qiymatlarni qabul qilishi mumkin. Bu oxirgi holatda A. - daryo. energetik tarzda hal qilinadi. Qattiq chiziq yoqilgan guruch. 2 yadrodagi a-zarrachaning umumiy energiyasi (yoki boshqacha aytganda, yadrodagi a-zarraning energiya darajasi) ko'rsatilgan. Harf bilan belgilangan umumiy energiyaning ijobiy ortiqcha E, radioaktiv yadro massasi bilan a-zarracha va oxirgi yadro massalari yig‘indisi o‘rtasidagi farqdir.

Agar balandligi V bo'lgan potentsial to'siq bo'lmasa, masalan, 238 92 uchun U 15 ga teng mev, keyin musbat kinetik energiyaga ega a-zarracha E (238 92. uchun). U kinetik energiya alfa yemirilishi4,2 bo'ladi mev) yadrodan erkin chiqib ketishi mumkin edi. Amalda, bu yadrolarning ijobiy qiymatlarga ega bo'lishiga olib keladi E tabiatda umuman mavjud bo'lmaydi. Biroq, tabiatda Z ≥ 50 bo'lgan yadrolar mavjudligi ma'lum, ular uchun E musbat.

Boshqa tomondan, klassik mexanika nuqtai nazaridan, energiya E bo'lgan a-zarracha

Kvant mexanikasi a-zarrachalarning toʻlqin tabiatini hisobga olgan holda, a-zarrachaning potensial toʻsiq orqali “oqib chiqishi”ning chekli ehtimoli borligini koʻrsatadi (Tunnel effekti). To'siq, go'yo a-zarracha uchun qisman shaffof bo'ladi. To'siqning shaffofligi uning balandligi V va kengligi B ga quyidagicha bog'liq:

shaffoflik

Bu yerda b - yadroning r radiusiga qarab miqdor, m - a-zarraning massasi, E - uning energiya (qarang guruch. 2 ). To'siqning shaffofligi (o'tkazuvchanligi) qanchalik katta bo'lsa, uning kengligi qanchalik kichik bo'lsa va potentsial to'siqning tepasiga qanchalik yaqin bo'lsa, a-zarrachaning energiya darajasi (yadrodagi a-zarrachaning energiyasi shunchalik katta bo'ladi).

Ehtimollik A.-r. potentsial to'siqning o'tkazuvchanligiga proportsionaldir. Chunki a-zarrachaning energiyasi ortishi bilan to'siq kengligi kamayadi ( guruch. 2 ), A.-r ehtimolining eksperimental ravishda olingan keskin bog'liqligi. dan E - a-zarrachalarning kinetik energiyasi. Masalan, chiqarilgan a-zarralar energiyasining 5 dan 6 gacha ortishi bilan mev ehtimollik A.-r. 10 7 marta oshadi.

Ehtimollik A.-r. yadroda a-zarracha hosil bo'lish ehtimoliga ham bog'liq. Alfa zarracha yadroni tark etishidan oldin u erda hosil bo'lishi kerak. a-zarralar yadroda doimiy mavjud emas. U tashkil topgan to'rtta elementar zarralar yadrodagi nuklonlarning murakkab harakatida ishtirok etadi va ularni ushbu yadroning boshqa zarralaridan farqlashning iloji yo'q. Biroq, 4 ta nuklonning tasodifiy yondashishi natijasida yadroda qisqa vaqt ichida a-zarracha hosil bo'lishining sezilarli (Alfa yemirilishi10 -6) ehtimoli bor. Faqat a-zarracha yadrodan chiqib, undan yetarlicha uzoqlashganda, a-zarra va yadroni ikkita alohida zarracha deb hisoblash mumkin.

Ehtimollik A.-r. kuchli yadro hajmiga bog'liq [qarang. formula (*)], bu A.-r dan foydalanishga imkon beradi. og'ir yadrolarning hajmini aniqlash.

Yuqorida aytib oʻtilganidek, A.-r. natijasida yadrodan chiqadigan a-zarrachalar energiyasi A.-r.dan oldingi va keyingi yadrolar massalari farqining energiya ekvivalentiga toʻliq teng boʻlishi kerak. , ya'ni E ning qiymati Bu bayonot faqat yakuniy yadro bo'lganda to'g'ri bo'ladi

Haqiqatan ham, ko'pgina radioaktiv elementlarning a-nurlanishi energiyalari bir-biriga yaqin bo'lgan a-zarrachalarning bir necha guruhidan iborat ekanligi eksperimental ravishda ko'rsatilgan (a-spektrning "nozik tuzilishi"). Misol tariqasida guruch. 3 212 83 Bi (vismut-212) yemirilishidan a-zarrachalar spektri ko'rsatilgan.

Ustida guruch. to'rtta 212 83 Bi ning a-emirilishining yerga va oxirgi yadroning qo'zg'aluvchan holatlarining energiya sxemasi ko'rsatilgan.

Asosiy guruh va nozik tuzilish chiziqlari orasidagi energiya farqi 0,04, 0,33, 0,47 va 0,49 ni tashkil qiladi. Mev. Alfa-spektrlarning nozik tuzilish chiziqlarini faqat magnit alfa-spektrometrlar yordamida eksperimental ravishda farqlash mumkin.

a-zarrachalar spektrlarining nozik tuzilishini bilish yakuniy yadroning qo'zg'atilgan holatlarining energiyasini hisoblash imkonini beradi.

Ba'zi radioaktiv izotoplar energiyalari a-zarrachalarning asosiy guruhi energiyasidan ancha katta bo'lgan oz sonli a-zarrachalarni chiqaradi. Demak, masalan, yemirilishdan a-zarrachalar spektrida MeV asosiy guruh energiyasidan katta. Bu ikki guruh deb atalmish intensivligi. uzoq masofali a-zarralar a-nurlanishning umumiy intensivligidan atigi 10 -5 Alfa parchalanishidir. Ushbu zarrachalardan birining izi ko'rinadi guruch. 5 . Uzoq masofali zarrachalarning mavjudligi A.-r. hayajonlangan holatda bo'lgan (yuqori energiya bilan) yadrolarni boshdan kechirishi mumkin.

Atom va yadro fizikasining ko'pgina asosiy tushunchalari a-radioaktivlikni o'rganish bilan bog'liq. 1928 yilda G. Gamov va mustaqil ravishda G. Gurney va E. Kondon tomonidan taklif qilingan A.-r. nazariyasi birinchi tatbiq edi. kvant mexanikasi yadroviy jarayonlarga. a-zarrachalarning sochilishini oʻrganish atom yadrosining massa markazi va atomning musbat zaryadi degan tushunchaga olib keldi. Yengil elementlarning alfa zarralari bilan nurlanishi kashfiyotga olib keldi yadro reaksiyalari va sun'iy radioaktivlik.

Lit.: Glesston S., Atom. Atom yadrosi. Atom energiyasi, trans. ingliz tilidan, M., 1961; Goldanskiy V.I., Leykin E.M., Atom yadrolarining o'zgarishi, Moskva, 1958 yil.

V.S. Evseev.

Guruch. 2. a-zarrachaning chekli yadro bilan o'zaro ta'sirining potentsial energiyasi. V- potentsial to'siq balandligi, DA- kengligi, E a-zarrachaning energiyasi, r- yadro markazidan masofa.

a-zarralar asosiy holatga o'tishga to'g'ri keladi, a 1 , a 2 , a 3 va a 4 - oxirgi yadroning qo'zg'aluvchan holatlardan biriga o'tishida chiqariladigan alfa zarralari.

Guruch. 1-rasm. Bulutli kameradagi a-zarrachalar izlarining fotosuratlari, a-zarrachalar AcC + AcC manbadan chiqariladi.2-rasmda AcC tomonidan chiqarilgan a-zarrachalarning izlari ko'rinadi. Bu zarralar uzoqroq diapazonga ega (6.6 sm) a-zarrachalarga nisbatan AcC (5.4 sm).

Buyuk Sovet Entsiklopediyasi. - M.: Sovet Entsiklopediyasi. 1969-1978 .

Boshqa lug'atlarda "Alpha decay" nima ekanligini ko'ring:

LEKIN; m.Atom yadrosining radioaktiv transformatsiyasi, bunda alfa zarracha chiqadi. * * * alfa yemirilishi (a yemirilishi), atom yadrolarining radioaktiv parchalanishining bir turi, alfa zarracha chiqarilganda yadro zaryadi 2 birlikka kamayadi, massa soni ... ... ensiklopedik lug'at

Zamonaviy entsiklopediya

Alfa parchalanishi- (parchalanish), radioaktivlik turi; atom yadrosidan alfa zarrachaning chiqishi. Alfa-parchalanish jarayonida massa soni (nuklonlar soni) 4 birlikka, yadro zaryadi (protonlar soni) 2 ga kamayadi. Bunda energiya ajralib chiqadi, u ... ... bo'linadi. Illustrated entsiklopedik lug'at

Alfa parchalanishi- (a parchalanish) atom yadrolarining o'z-o'zidan radioaktiv parchalanishi paytida alfa zarrachalarining (a zarrachalar) emissiyasi. Yadroning zaryadi 2 birlikka, massa soni esa 4 ga kamayadi. Bu massa soni A 200 dan katta va zaryad soni Z bo'lgan og'ir yadrolar uchun xosdir ... ... Rossiya mehnatni muhofaza qilish ensiklopediyasi

ning parchalanishi. yadrolar, zarrachalar emissiyasi bilan birga. A. r da. yadro zaryadi Z (elementar zaryad birliklarida) 2 birlikka, massa soni A esa 4 birlikka kamayadi, masalan: 22688Ra® 22286Rn + 42He Jismoniy entsiklopediya

ALPHA chirish- atom yadrolarining o'z-o'zidan radioaktiv parchalanishining bir turi, bunda u chiqariladi (qarang), yadro zaryadi 2 birlikka, massa soni 4 ga kamayadi. A. p. mexanizmi. diskret energiya spektriga ega bo'lgan alfa zarralari bilan bog'liq (qarang). A. r. murojaat qiling ... Katta politexnika entsiklopediyasi

Atom yadrosining radioaktiv o'zgarishi, unda alfa zarrasi chiqariladi. Chet so'zlarning yangi lug'ati. Edvart tomonidan, 2009 yil ... Rus tilidagi xorijiy so'zlar lug'ati

Bugun biz alfa parchalanishi nima va uni klassik va muqobil nazariyalar nuqtai nazaridan qanday tushuntirish mumkinligi haqida gaplashamiz. Moddiy olamning mavjudligi har qanday moddani tashkil etuvchi tuzilmalarning yetarli darajada barqaror bo‘lishi tufayligina mumkin bo‘ladi. Atomlardagi zarrachalarni bir-biriga bog'lovchi kuchlar butun olamning mavjudligini ta'minlovchi asosdir. Atom qurilmasining zamonaviy modellari nafaqat qonunlarni shakllantirish, balki mikrodunyoning ko'plab kuzatilgan hodisalarini tushuntirish imkonini beradi. Sayyoraviy model doirasida har bir atomning markazida proton va neytronlarni teng nisbatda o'z ichiga olgan yadro joylashgan. Protonlar, neytronlar va elektronlarning nisbati 1:1:1 sifatida ifodalanadi. Bu bir qarashda aql bovar qilmaydigandek tuyuladi, lekin aslida bu qaramlik koinotning asosiy qonunlaridan birining natijasidir: elektr -1, proton +1 va neytronlar ikkita kichikroq qarama-qarshi zaryadlangan elementlarning birikmasi bo'lib, odatda elektr neytral (aytmoqchi, shuning uchun va nom).

Kulon kuchlari tufayli yadrodagi protonlar bir-birini itaradi, lekin muvozanatlashuvchi kuch zarrachalarni birga ushlab turadi. Alfa parchalanishi nima? Uning paydo bo'lish mexanizmi juda oddiy: agar protonlar bir-biridan uzoqlashsa, u holda elektrorepulsiya kuchi kuchli o'zaro ta'sirdan kattaroq bo'ladi, bu esa engilroq yadro va zarracha hosil bo'lishiga olib keladi. Dastlabki masofaning sabablari har xil - bu tashqi ta'sirlar va (entropiya omili) bo'lishi mumkin.

Dunyoqarashning qulashi

1896 yilgacha atomlar bo'linmas va har birining tuzilishi ma'lum bir moddaga xos deb hisoblangan. Ammo uran tuzlarini o‘rganuvchi A.Bekkerel (ba’zan Rezerford deb ham ataladi) radioaktivlik hodisasini kashf etdi, bu esa o‘sha davr atom nazariyasining ko‘pgina postulatlarini shubha ostiga qo‘ydi. Alfa parchalanishi - musbat zaryadlangan zarralar - geliy-4 yadrolarining emissiyasi. Bu jarayon birinchi navbatda og'ir elementlarning yadrolari uchun xarakterli ekanligi qayd etilgan. Alfa zarrachaning xususiyatlaridan biri uning ikki tomonlama musbat zaryadidir. Bu strukturada ikkita elektronning yo'qligi bilan bog'liq. Bu holda umumiy to'lov +2 ga teng. Alfa yemirilishi Ruterford tomonidan o'rganilgan. U bunday zarracha strukturasi (2 neytron + 2 proton) nihoyatda barqaror ekanligini va nazariy jihatdan boshqa ko'pchilik yadrolar o'xshash zarrachalar va engilroq elementlarning yadrolariga parchalanishi kerakligini aniqladi. Biroq, bu sodir bo'lmaydi. Ruterford har qanday yadroviy o'zgarish faqat geliy atomi (alfa zarrasi) yoki yuqori energiyali elektron (beta zarrasi) kirgandagina mumkin, deb taklif qildi. Keyinchalik, bu tasdiqlandi, ammo o'nlab yillar davomida tadqiqotlar va kvant mexanikasi sohasidagi yangi kontseptsiyani - tunnelga o'tishni joriy qilish kerak bo'ldi.

To'siqni engib o'tish

Yuqorida aytib o'tilganidek, barqaror struktura alfa zarrasidir. Uning zaryadi 2 dan 10 MeV gacha. U atom asosiga kira olishi uchun elektr itarish kuchlarini engish kerak (axir protonlar yadro va zarrachada mavjud). Bu xuddi shu to'siq bo'lib, u orqali o'tib, yadro ichidagi tortishish kuchlari ustunlik qila boshlaydi. Mikrokosmos qonunlari bizga tanish bo'lgan qonunlardan farq qiladi, shuning uchun ba'zi hollarda devordan o'tish uchun uni yo'q qilish kerak emas. Tunnel orqali o'tish orqali to'siqni engib o'tish mumkin. Zarrachaning energiyasi va o'tish narxi o'rtasidagi farq qanchalik kichik bo'lsa, itarishni engish ehtimoli shunchalik yuqori bo'ladi. Ko'pgina yadrolar uchun tunnel o'tish ehtimoli shunchalik kichikki, ularni barqaror shakllanishlar deb hisoblash mumkin. Boshqalar, ma'lum sharoitlarda, alfa zarrachalarining tashqaridan kirib borishiga (va ichkaridan chiqishiga) imkon beradi.

ALPHA ERISH (a-emirilish), alfa zarrachaning atom yadrosining (4 He yadrosi) emissiyasi. Yadroning erdan (qo'zg'atmagan) holatidan alfa parchalanishi alfa radioaktivligi deb ham ataladi.

"A-nurlar" atamasi 1896 yilda A. A. Bekkerel tomonidan radioaktivlik kashf qilinganidan so'ng, radioaktiv moddalar chiqaradigan nurlanishning eng kam o'tkazuvchan turini belgilash uchun kiritilgan. 1909 yilda E.Rezerford va T.Royds a-zarralar ikki marta ionlangan geliy atomlari ekanligini isbotladilar.

Alfa-parchalanish jarayonida asosiy yadroning A massa soni 4 birlikka, Z zaryadi (protonlar soni) esa 2 ga kamayadi:

A Z → A-4 (Z-2) + 4 2 He + Q. (1)

Alfa-emirilish vaqtida ajralib chiqadigan energiya Q asosiy yadro va ikkala parchalanish mahsuloti massalari o'rtasidagi farq bilan aniqlanadi. Q musbat bo'lsa, alfa yemirilishi energetik jihatdan mumkin. Bu shart A > 150 bo'lgan deyarli barcha yadrolar uchun qondiriladi. Alfa radioaktiv yadrolarning kuzatilgan umri 10 17 yil (204 Pb) dan 3 · 10 -7 sek (212 Rho) gacha. Biroq, ko'p hollarda, Q > 0 bo'lgan yadrolarning yashash muddati (yarimparchalanish davri) juda uzun bo'lib chiqadi va alfa radioaktivligini kuzatish mumkin emas. Kinetik energiya a zarralar 1,83 MeV (144 Nd) dan 11,65 MeV (212 Rho izomeri) gacha o'zgarib turadi.

300 dan ortiq a-radioaktiv nuklidlar ma'lum, ular asosan sun'iy yo'l bilan olinadi. Ularning katta qismi davriy sistemada qoʻrgʻoshin orqasida joylashgan elementlarga tegishli (Z>82). Lantanidlar hududida (A = 140-160) a-radioaktiv nuklidlar guruhi, shuningdek, lantanidlar va qo'rg'oshin o'rtasida kichik guruh mavjud. Og'ir ionlar bilan yadro reaktsiyalarida A = 106-116 bo'lgan bir qancha qisqa muddatli alfa-emitent nuklidlar sintez qilingan.

Alfa-spektroskopiya. Parchalanish vaqtida asosiy yadrolardan chiqadigan alfa zarralari odatda har xil energiyaga ega bo'lgan bir nechta guruhlarni hosil qiladi. Bu guruhlarning energiya taqsimoti energiya spektri, eksperimental fizikaning a zarrachalar spektrlarini oʻrganish bilan shugʻullanuvchi sohasi esa alfa-spektroskopiya deb ataladi. Spektr chiziqlarining har biri qiz yadrosining ma'lum bir holatiga (energiya darajasi) mos keladi. Alfa-spektroskopiyaning vazifasi a-zarralar guruhining har birining energiyasi va intensivligini, shuningdek, parchalanadigan yadrolarning umrini o'lchashdir. Ushbu ma'lumotlar qiz yadrosining individual darajalarining xususiyatlarini - ularning qo'zg'alish energiyasini, spinini, paritetini, shuningdek ularning hosil bo'lish ehtimolini aniqlash imkonini beradi. Olingan spektroskopik ma'lumotlar qiz va ota-ona yadrolarining tuzilishi haqida muhim, ba'zan esa yagona ma'lumot manbai bo'lib chiqadi. So'nggi paytlarda alfa-spektroskopiya o'ta og'ir elementlarni sintez qilishda qo'llaniladigan eng muhim tadqiqot usullaridan biriga aylandi.

Yemiruvchi yadrolar chiqaradigan a-zarrachalarning energiyasi va intensivligini o'lchash alfa-spektrometrlar yordamida amalga oshiriladi. Ko'pincha har xil turdagi kremniyli yarimo'tkazgichli detektorlar qo'llaniladi, bu esa taxminan 0,1% diafragma nisbati bilan 12 keVgacha (6 MeV energiyaga ega a-zarralar uchun) energiya o'lchamlarini olish imkonini beradi. Yuqori aniqlikni magnit spektrometrlar yordamida olish mumkin, ammo ular ancha past diafragma nisbatiga ega va murakkab va noqulay dizayni bilan ajralib turadi.

Yarim umr. a-radioaktivlikning xususiyatlaridan biri shundaki, a-zarrachalar energiyasidagi nisbatan kichik farq bilan, ota-yadrolarning yashash muddati ko'plab kattalik tartiblari bilan farqlanadi. A-radioaktivlik nazariyasi yaratilishidan ancha oldin, yarimparchalanish davri T 1/2ni Q parchalanish energiyasi bilan bog'laydigan empirik bog'liqlik (Geiger - Nettall qonuni) o'rnatildi:

Bu munosabat juft sonli neytronlar va protonlarga ega bo'lgan yadrolarning asosiy holatlari o'rtasidagi o'tishlar uchun eng yaxshi qondiriladi.

Alfa parchalanish nazariyasi. Alfa-parchalanishning eng oddiy nazariyasi 1927 yilda G. Gamov tomonidan taklif qilingan, bu yangi yaratilgan kvant mexanikasining yadro hodisalarini tavsiflashda birinchi qo'llanilishi edi. Bu nazariya a-zarrachaning kulon toʻsigʻi boʻlgan potensial quduqdagi harakatini koʻrib chiqdi (rasm).

Chunki og'ir yadrolar uchun kulon to'sig'ining balandligi 25-30 MeV, alfa zarralarining energiyasi esa atigi 5-10 MeV bo'lsa, u holda ularning yadrodan chiqib ketishi klassik mexanika qonunlari bilan taqiqlangan va faqat kvant tufayli yuzaga kelishi mumkin. mexanik tunnel effekti. To'siqning soddalashtirilgan ko'rinishidan foydalanib va ​​a-zarracha yadro ichida deb faraz qilsak, a-zarrachaning energiyasiga eksponensial ravishda bog'liq bo'lgan alfa-parchalanish ehtimoli ifodasini, ya'ni (2) kabi ifodani olish mumkin. . Gamov nazariyasi alfa parchalanish ehtimolini va uning alfa zarrasi energiyasiga va yadro zaryadiga bog'liqligini belgilovchi asosiy omil Kulon to'sig'i ekanligini aniqladi.

Alfa parchalanishini tavsiflashning zamonaviy yondashuvi yadro reaktsiyalari nazariyasida qo'llaniladigan usullarga asoslanadi. Alfa-parchalanish ehtimoli l (yarimparchalanish davri T 1/2 ning ln 2 = 0,693 koeffitsientigacha o'zaro nisbati) uchta omilning mahsuloti sifatida ifodalanishi mumkin:

Spektroskopik omil deb ataladigan S omil ma'lum bir asosiy yadroda ikkita proton va ikkita neytrondan a-zarracha hosil bo'lish ehtimolini aniqlaydi. Bu ehtimollik boshlang'ich va oxirgi yadrolarning ichki tuzilishiga bog'liq. P omili - berilgan energiyaning a-zarrasi tomonidan Kulon to'sig'idan (uning o'tkazuvchanligi) o'tish ehtimoli. Uchinchi omil v - to'siqdan o'tish uchun vaqt birligidagi urinishlar soni. Agar yadroda haqiqiy a-zarra mavjud bo'lsa, u holda v ning qiymati a-zarrachaning to'siq bilan to'qnashuv chastotasiga, ya'ni yadro diametrining alfa bilan parvoz qilish vaqtiga bo'lingan birlikka yaqin bo'ladi. zarracha. haqiqiy qiymat v bunday bahodan unchalik farq qilmaydi.

Shunday qilib, alfa-parchalanish ikki bosqichli jarayondir: birinchi navbatda, a-zarracha paydo bo'lishi va parchalanuvchi yadro yuzasida paydo bo'lishi, so'ngra potentsial to'siqdan o'tishi kerak. Yuqorida muhokama qilingan nazariya eksperimental ma'lumotlarni yaxshi takrorlaydi va ulardan yadro tuzilishi haqida muhim ma'lumotlarni olish imkonini beradi. Xususan, og'ir yadrolar ichida a-zarralar doimo mavjud bo'lmasa ham, ko'rsatildi sirt qatlami yadrolar, nuklonlar o'z vaqtlarining muhim qismini alfa klasterlari deb ataladigan alfa-zarrachalar guruhlarida o'tkazadilar.

Qo'zg'aluvchan yadrolarning alfa yemirilishi. Og'ir yadrolarning quyi qo'zg'aluvchan holatlaridan uzoq masofali a-zarralar deb ataladigan emissiyaga olib keladigan alohida parchalanish holatlari uzoq vaqtdan beri ma'lum bo'lib, alfa-radioaktivlik fenomeni bilan bog'liq. Uzoq masofali alfa zarralar darajali qo'zg'alish energiyasi tufayli qo'shimcha energiya oladi, bu esa parchalanish energiyasiga Q qo'shiladi. Qoida tariqasida, qo'zg'aluvchan yadrolarning alfa-yemirilishi yadro reaktsiyalari yordamida o'rganiladi va yuqorida ko'rib chiqilgan nazariya bu jarayonlarga to'liq mos keladi. shuningdek. Yadrolarning qo'zg'aluvchan holatlarining kuzatilgan umri 10 -11 s dan 10 -22 s gacha bo'lgan oraliqda yotadi. Yengil yadrolarning ayrim yemirilish holatlari birlikka yaqin spektroskopik omillarga ega, bu esa bunday yadrolarning alfa-zarracha tuzilishi haqida gapirishga imkon beradi (Qarang: Yadro klaster modeli). Yadrolarning yuqori qo'zg'aluvchan holatlarining alfa-yemirilishini o'rganish yadro tuzilishini yuqori qo'zg'alish energiyalarida o'rganishning muhim usullaridan biridir.

Lit.: Alfa, beta va gamma spektroskopiya. M., 1969. Nashr. 2; Solovyov V.G. Atom yadrosi nazariyasi: Yadro modellari. M., 1981 yil.