«Ядерные превращения. Деление ядер»

Ядерные превращения

Изменения, происходящие в ядрах, можно разбить на три группы:

• 
  изменение одного из нуклонов в ядре;
  
• 
  перестройка внутренней структуры ядра;
  
• 
  перегруппировка нуклонов из одних ядер в другие.
  

К первой группе относятся различные виды β-распада, когда один из нейтронов ядра превращается в протон или наоборот. Первый (более частый) вид β-распада происходит с испусканием электрона и электронного антинейтрино. Второй вид β-распада происходит или путем испускания позитрона и электронного нейтрино, или путем захвата электрона и испускания электронного нейтрино (захват электрона происходит с одной из ближайших к ядру электронных оболочек). Заметим, что в свободном состоянии протон не может распасться на нейтрон, позитрон и электронное нейтрино – для этого необходима дополнительная энергия, которую он получает у ядра. Общая энергия ядра, тем не менее, понижается при превращении протона в нейтрон в процессе β-распада. Это происходит за счет снижения энергии кулоновского отталкивания между протонами ядра (которых становится меньше). Ко второй группе следует отнести γ-распад, при котором ядро, первоначально находившееся в возбужденном состоянии, сбрасывает излишек энергии, излучая гамма-квант. К третьей группе относятся α-распад (испускание исходным ядром α-частицы – ядра атома гелия, состоящего из двух протонов и двух нейтронов), деление ядра (поглощение ядром нейтрона с последующим распадом на два более легких ядра и испускание нескольких нейтронов) и синтез ядра (когда в результате столкновения двух легких ядер образуется более тяжелое ядро и, возможно, остаются легкие осколки или отдельные протоны или нейтроны).


! При α-распаде ядро испытывает отдачу и заметно смещается в сторону, противоположную направлению вылета α-частицы. В то же время отдача при β-распаде гораздо меньше. Это вызвано тем, что масса электрона в тысячи (и даже в сотни тысяч раз – для тяжелых атомов) меньше, нежели масса ядра.!

Рассмотрим, к каким метаморфозам ядер приводят три вида радиоактивности, открытые в начале XX в.:

1. 
   При -распаде (испускании ядра гелия, состоящего из двух протонов и двух нейтронов) из ядра с исходными Z и A получается ядро с Z-2 и А-4.
   
2. 
   При -распаде (испускании электрона) один из нейтронов превращается в протон, а ядро с Z и A - в ядро с Z+1 и тем же A.
   
3. 
   И наконец, при испускании -кванта, т.е. энергичного фотона, ядро теряет часть энергии, сохраняя первоначальные Z и A.
   

Каждому элементу соответствует целый набор изотопов. Полное их число на сегодня превышает 2 тыс.
Итак, ядерные превращения возникают как вследствие процессов радиоактивного распада ядер, так и вследствие ядерных реакций, сопровождающихся делением или синтезом ядер.