Бета-распад спектр бета-распада нейтрино план

Download 334,31 Kb.

bet	6/11
Sana	22.04.2022
Hajmi	334,31 Kb.
	#575237

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11

Bog'liq
БЕТА

Изотоп	Энергия β^--распада
Период полураспада
³H	0.02 МэВ	10.3 года
n	0.78 МэВ	10.2 мин
⁶He	3.5 МэВ	0.8 с

е-захват в изотопа ⁷Be
Если массы начального M_i и конечного M_f ядер удовлетворяют условиям
M_f + 2m_e > M_i > M_f,
то в таких ядрах е-захват разрешен, а β⁺-распад запрещён. Такая ситуация наблюдается при е-захвате в ⁷Be. В ядре ⁷Be возможен е-захват, а β⁺-распад энергетически запрещен, так как различие масс атомов ⁷Be и ⁷Li составляет 0.86 МэВ, что меньше, чем 2m_ec² = 1.02 МэВ.
Период полураспада ⁷Be составляет 53.22 дня.
В результате е-захвата
⁷Be + e^- → ⁷Li + ν_e
в конечном состоянии образуется изотоп ⁷Li и нейтрино. Энергия, высвобождающаяся в результате е-захвата, составляет 0.86 МэВ. Изотоп ⁷Li в 89.7% распадов ⁷Be образуется в основном состоянии J^P = 3/2^- и в 10.3% распадов в возбужденном состоянии E* = 0.477 МэВ, J^P = 1/2^-. Спектр, образующихся при е-захвате нейтрино дискретный. При распаде на основное состояние энергия нейтрино E_ν = 0.86 МэВ, при распаде на возбужденное состояние энергия нейтрино E_ν = 0.385 МэВ.

β-распад

β-распад внутринуклонный процесс. В ядре распадается одиночный нуклон. Однако в процессе β-распада происходит перестройка ядра. Поэтому период полураспада а также другие характеристики β-распада в значительной степени зависят от того насколько сложна эта перестройка. Стабильные по отношению к β-распаду ядра при всех А располагаются вокруг значений Z_равн с возможным небольшим разбросом в обе стороны за счет индивидуальных особенностей ядер.

Отношение вероятности ω_l/ω₀ вылета частицы с орбитальными моментами l и 0 из ядра радиуса R определяется соотношением
w_l/w₀ ~ (R/ )^2l,
что сильно подавляет вылет частиц низких энергий и c большими орбитальными моментами.

Основные состояния изотопов ¹⁴С, ¹⁴O и первое возбужденное состояние ¹⁴N
E* = 2.31 МэВ J^P = 0⁺ образуют изотопический триплет

Вероятность β-распада сильно зависит от структуры начального и образующегося в результате β-распада ядер.
При β⁺-распаде изотопа ¹⁴O → ¹⁴N + e⁺ + ν_e протон, находящийся на оболочке 1p_1/2 в изотопе ¹⁴O, превращаясь в нейтрон, переходит на вакантную оболочку 1p_1/2 изотопа ¹⁴N. Волновые функции начального состояния ядра ¹⁴O и конечного состояния ядра ¹⁴N максимально перекрываются (переход Ферми ΔJ = 0, ΔP = 0). Период полураспада изотопа ¹⁴O T_1/2 = 70.6 с.
β^--распад изотопа ¹⁴С → ¹⁴N + e^- + _e может происходить только на основное состояние изотопа ¹⁴N, имеющее J^P = 1⁺. Такой переход возможен только при перевороте спина нуклона. Период полураспада в этом случае T_1/2 = 5730 лет.

Зависимость изменения масс атомных ядер-изобар от заряда ядра Z для нечетных и четных массовых чисел A.
При β-распаде ядра с нечетным массовым числом A происходит превращение четно-нечетного по протонам и нейтронам ядра в нечетно-четное или, наоборот, нечетно-четного в четно-нечетное. При β-распаде ядер с четным массовым числом A происходит превращение четно-четного ядра в нечетно-нечетное или, наоборот, нечетно-нечетного в четно-четное.
Поэтому из-за сил спаривания в атомных ядрах зависимость масс ядер-изобар с четным массовым числом A от заряда Z описывается двумя параболами. На верхней параболе располагаются менее устойчивые ядра с нечетным Z, на нижней − более устойчивые с четным Z. Это может приводить к существованию до 3 стабильных ядер-изобар, т.к. ядро с зарядом (Z₀+2) в некоторых случаях из-за разности энергий не может перейти в результате β-распада в ядро (Z₀+1), а ядро (Z₀-2) в ядро (Z₀-1). Однако при этом появляется принципиальная возможность β-распада с изменением заряда ядра на 2 единицы с испусканием двух электронов и двух антинейтрино или двух позитронов и двух нейтрино.
(A,Z) → (A,Z+2) + 2e^- + 2 _e,
(A,Z) → (A,Z-2) + 2e⁺ + 2ν_e,
Этот тип радиоактивного распада называется двойным β-распадом.
Двойной β-распад возможен также при одновременном захвате двух атомных электронов. Ядра с нечетным массовым числом A располагаются на одной параболе.

β-распад ядер-изобар с массовым числом A = 89.
В ядрах-изобарах с нечетным массовым числом A, как правило, существует один стабильный изотоп. В данном случае это изотоп ⁸⁹Y. Изотоп ⁸⁹Y образуется как в результате β^--распада ⁸⁹Sr, так и в результате β⁺-распада и е-захвата изотопа ⁸⁹Zr. Из вероятностей распада ⁸⁹Sr и ⁸⁹Zr на различные состояния ⁸⁹Y видна сильная зависимость вероятности β-распада от спинов и четностей состояний, между которыми происходит β-распад.

β-распад ядер-изобар с массовым числом A = 122.
В ядрах-изобарах с четным массовым числом A возможны два стабильных изотопа. В данном случае это ¹²²Sn (содержание в естественной смеси изотопов 4.63%) и ¹²²Te (содержание в естественной смеси изотопов 2.55%). Изотоп ¹²²Sb распадается в основном в результате β-распада (≈ 97%). β-распады часто происходят на возбужденные состояния ядер-изобар.

β-распад ядер-изобар с массовым числом A = 27.
Изотопы ²⁷Al и ²⁷Si являются зеркальными ядрами, имеющими в основном состоянии J^P = 5/2⁺. Неспаренный нуклон находится на оболочке 1d_5/2. Зеркальная симметрия изотопов ²⁷Si и ²⁷Al увеличивает вероятность внутриядерного распада
p → n + e^- + _e, чем объясняется маленькая величина периода полураспада
T_1/2(²⁷Si) = 4.2 с. Зеркальная симметрия объясняет почему со 100% вероятностью β⁺-распад происходит на основное состояние ²⁷Al

β-распад ядер-изобар с массовым числом A = 34.
В ядрах-изобарах с массовым числом A = 34 есть только один стабильный изотоп ³⁴S. Изотоп ³⁴S образуется как в результате β^--распада ³⁴P, так и в результате е-захвата и β⁺-распада ³⁴Cl. Распад изотопа происходит с вероятностью 100% на основное состояние ядра ³⁴S. Объясняется это тем, что в основных состояниях оба изотопа имеют одинаковую спин-четность J^P = 0⁺. Распад изомерного состояния J^P = 3⁺, E* = 0.145 МэВ изотопа ³⁴Cl происходит на возбужденные состояния ³⁴S с энергией E* > 2 МэВ.

β^--распад ядер-изобар A = 73 ₃₁Ga, ₃₂Ge, ₃₃As и ₃₄Se.
Среди ядер изобар A = 73 стабильным изотопом является изотоп ⁷³Ge. Изотоп ⁷³Ga распадается в результате β^--распада.
Распад изотопа ⁷³Se происходит в результате как е-захвата, так и β⁺-распада.В случае ⁷³Se β⁺-распад и е-захват ЕС происходят как из основного состояния J^P = 9/2⁺, так и изомерного E* = 25.7 кэВ, J^P = 3/2^-. Основное состояние ⁷³Se имеет J^P = 9/2⁺. Изомерное состояние E* = 0.025 МэВ, J^P = 3/2^-. Вероятность изомерного перехода ^73mSe → ⁷³Se составляет 72.6%, вероятность β-распада 27.4%. β-распад ⁷³Se из основного состояния происходит с вероятностью 100% на возбужденное состояние E* = 0.42 МэВ J^P = 9/2⁺.
е-захват из основного состояния ⁷³As J^P = 3/2^- со 100% вероятностью происходит на изомерное состояние ⁷³Ge E* = 0.067 МэВ, J^P = 1/2^-, что свидетельствует о сильной зависимости вероятности β-распада от полного момента количества движения, уносимого лептонами.

Распад ядер-изобар A = 210.
В тяжелых ядрах α-распад и β-распад часто конкурируют. На рис. показана энергетическая диаграмма α- и β-распадов ядер-изобар A = 210 Pb (Z = 82), Bi (Z = 83) и Po (Z = 84).
Особенности распадов ядер-изобар A = 210:

Изотоп ²¹⁰Pb распадается со 100% вероятностью в результате β-распада на основное (19%) и первое возбужденное (81%) состояния изотопа ²¹⁰Bi. Вероятностью α-распада ²¹⁰Pb составляет 10^-6%.
Основное состояние изотопа ²¹⁰Bi также преимущественно распадется в результате β-распада. α-распад основного состояния ²¹⁰Bi составляет 10^-4%.

Возбужденное состояние ²¹⁰Bi E* = 0.268 МэВ J^P = 9^- распадается практически со 100% вероятностью с испусканием α-частиц. β-распад этого состояния составляет ~0.4%.

Download 334,31 Kb.

Do'stlaringiz bilan baham:

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11