Dezintegrare radioactivă

Dezintegrarea radioactivă (din latinescul radius „fascicul” și āctīvus „eficient”, prin franceză radioactif , lit. - „radioactivitate”) - o modificare spontană a compoziției ( sarcina Z , numărul de masă A ) sau a structurii interne a nucleelor atomice instabile prin emițătoare de particule elementare , cuante gamma și/sau fragmente nucleare [1] . Procesul de dezintegrare radioactivă se mai numește și radioactivitate , iar nuclizii corespunzători sunt radioactivi ( radionuclizi ). Substanțele care conțin nuclee radioactive se mai numesc și radioactive.

Teorie

Radioactivitatea naturală este dezintegrarea spontană a nucleelor atomice găsite în natură.

Radioactivitatea artificială este dezintegrarea spontană a nucleelor atomice obținute artificial prin reacțiile nucleare corespunzătoare .

Nucleul care suferă dezintegrare radioactivă și nucleul rezultat din această descompunere se numesc nuclee părinte și, respectiv, fiică. Modificarea numărului de masă și a încărcăturii nucleului fiice în raport cu părintele este descrisă de regula deplasării Soddy .

Dezintegrarea însoțită de emisia de particule alfa a fost numită dezintegrare alfa ; dezintegrarea însoțită de emisia de particule beta a fost numită dezintegrare beta (acum se știe că există tipuri de dezintegrare beta fără emisia de particule beta, totuși, dezintegrarea beta este întotdeauna însoțită de emisia de neutrini sau antineutrini). Termenul „degradare gamma” este rar folosit; emisia de raze gamma de către nucleu este de obicei numită tranziție izomeră . Radiația gamma însoțește adesea alte tipuri de dezintegrare, când, ca urmare a primei etape de dezintegrare, apare un nucleu fiică excitat, apoi trece printr-o tranziție la starea fundamentală cu emisia de raze gamma.

Spectrele de energie ale particulelor α și γ-quanta emise de nucleele radioactive sunt discontinue ("discrete"), în timp ce spectrul particulelor β este continuu.

În prezent, pe lângă descompunerea alfa, beta și gamma, au fost descoperite dezintegrari cu emisia unui neutron , a unui proton (precum și a doi protoni ), radioactivitatea clusterului și fisiunea spontană . Captarea electronilor , dezintegrarea pozitronilor (sau β + dezintegrarea) și dezintegrarea dublă beta (și tipurile sale) sunt în general considerate a fi diferite tipuri de dezintegrare beta.

Unii izotopi pot suferi două sau mai multe descompunere în același timp. De exemplu, bismutul-212 se descompune cu o probabilitate de 64% în taliu-208 (prin dezintegrare alfa) și cu o probabilitate de 36% în poloniu-212 (prin dezintegrare beta).

Nucleul fiică format ca urmare a dezintegrarii radioactive se dovedește uneori a fi radioactiv și după un timp se descompune și el. Procesul de dezintegrare radioactivă va continua până când apare un nucleu stabil, adică neradioactiv. Secvența unor astfel de dezintegrari se numește lanț de descompunere, iar succesiunea de nuclizi care apar în acest caz se numește serie radioactivă . În special, pentru seriile radioactive care încep cu uraniu-238 , uraniu-235 și toriu-232 , nuclizii finali (stabili) sunt plumb-206 , plumb-207 și , respectiv, plumb-208 .

Nucleii cu același număr de masă A (izobare) pot trece unul în celălalt prin dezintegrare beta. Fiecare lanț izobar conține de la 1 la 3 nuclizi beta-stabili (nu pot suferi dezintegrare beta, dar nu sunt neapărat stabili în raport cu alte tipuri de dezintegrare radioactivă). Nucleele rămase ale lanțului izobar sunt beta-instabile; prin dezintegrari succesive beta-minus sau beta-plus, se transformă în cel mai apropiat nuclid beta-stabil. Nucleele situate în lanțul izobar dintre doi nuclezi beta-stabili pot experimenta atât dezintegrare β - - cât și β + (sau captarea electronilor). De exemplu, radionuclidul natural de potasiu-40 este capabil să se descompună în nucleele beta-stabile vecine argon-40 și calciu-40:

{}_{{19}}^{{40}}{\textrm {K}}+e^{-}\rightarrow {}_{{18}}^{{40}}{\textrm {Ar}} +\nu _{e},

{}_{{19}}^{{40}}{\textrm {K}}\rightarrow {}_{{18}}^{{{40}}{\textrm {Ar}}+e^{+} +\nu _{e},

{}_{{19}}^{{40}}{\textrm {K}}\rightarrow {}_{{20}}^{{{40}}{\textrm {Ca}}+e^{-} +{\bar \nu }_{e}.

Radioactivitatea elementelor naturale

S-a stabilit experimental că toate elementele chimice cu un număr atomic mai mare de 82 sunt radioactive , adică nu au izotopi stabili (adică începând cu bismut ).

Toate elementele mai ușoare, pe lângă izotopii stabili, au izotopi radioactivi cu timpi de înjumătățire diferit, variind de la fracțiuni de nanosecundă la valori care sunt cu multe ordine de mărime mai mari decât vârsta Universului . De exemplu, teluriul-128 are cel mai lung timp de înjumătățire măsurat dintre toți radionuclizii studiați, ~2,2·10 24 ani.

O excepție în ceea ce privește instabilitatea de la elementele mai ușoare decât bismutul sunt prometiu și tehnețiu , care nu au izotopi cu viață lungă în raport cu durata epocilor geologice. Cel mai longeviv izotop de tehnețiu, tehnețiul-98, are un timp de înjumătățire de aproximativ 4,2 milioane de ani, în timp ce cel mai longeviv izotop de prometiu, prometiu-145, are un timp de înjumătățire de 17,5 ani. Prin urmare, izotopii de tehnețiu și prometiu nu au fost păstrați în scoarța terestră de la formarea Pământului și au fost obținuți artificial.

Există mulți izotopi radioactivi naturali care au un timp de înjumătățire comparabil sau de multe ori mai mare decât vârsta Pământului, așa că, în ciuda radioactivității, acești izotopi se găsesc în amestecul izotopic natural al elementelor corespunzătoare. Exemple sunt potasiu-40 , reniu -187, rubidiu -87, teluriu-128 și multe altele.

Măsurarea raportului dintre concentrațiile unora dintre izotopii cu viață lungă și produsele lor de descompunere permite datarea absolută a mineralelor, rocilor și meteoriților în geologie.

Istoricul descoperirilor

Radioactivitatea a fost descoperită în 1896 de către fizicianul francez A. Becquerel . El a fost angajat în cercetări privind legătura dintre luminiscență și razele X recent descoperite .

Becquerel a venit cu gândul: „Nu este nicio luminiscență însoțită de raze X?” Pentru a-și testa presupunerea, a luat mai mulți compuși, inclusiv una dintre sărurile de uraniu , care fosforescentă lumina galben-verde. După ce a iluminat-o cu lumina soarelui, a înfășurat sarea în hârtie neagră și a așezat-o într-un dulap întunecat pe o farfurie fotografică, învelită tot în hârtie neagră. Un timp mai târziu, după ce a arătat farfuria, Becquerel a văzut într-adevăr imaginea unei bucăți de sare. Dar radiațiile luminiscente nu puteau trece prin hârtia neagră și doar razele X puteau ilumina placa în aceste condiții. Becquerel a repetat experimentul de mai multe ori cu succes egal.

La 24 februarie 1896, la o reuniune a Academiei Franceze de Științe , el a făcut un raport „Despre radiația produsă de fosforescență ”. Dar după câteva zile, a trebuit să se facă ajustări la interpretarea rezultatelor. Pe 26 și 27 februarie a fost pregătit un alt experiment în laboratorul lui Becquerel cu mici modificări, dar din cauza vremii înnorate a fost amânat. Fără să aștepte vreme bună, la 1 martie, Becquerel a dezvoltat o placă pe care s-a așezat sare de uraniu, care nu a fost iradiată de lumina soarelui. Ea, desigur, nu a fosforescat, dar amprenta de pe farfurie s-a dovedit. Deja pe 2 martie, Becquerel a raportat despre această descoperire la o reuniune a Academiei de Științe din Paris, intitulată lucrarea sa „Despre radiația invizibilă produsă de corpurile fosforescente” [2] .

Ulterior, Becquerel a testat alți compuși și minerale ai uraniului (inclusiv cei care nu prezintă fosforescență), precum și uraniu metalic. Farfuria era mereu luminată. Prin plasarea unei cruci metalice între sare și farfurie, Becquerel a obținut contururile slabe ale crucii de pe farfurie. Apoi a devenit clar că au fost descoperite noi raze care trec prin obiecte opace, dar nu sunt raze X.

Becquerel a stabilit că intensitatea radiației este determinată doar de cantitatea de uraniu din preparat și nu depinde deloc de compușii în care este inclus. Astfel, această proprietate nu era inerentă compușilor, ci elementului chimic - uraniu.

Becquerel împărtășește descoperirea sa cu oamenii de știință cu care a colaborat. În 1898, Marie Curie și Pierre Curie au descoperit radioactivitatea toriului , mai târziu au descoperit elementele radioactive poloniu și radiu .

Ei au descoperit că toți compușii uraniului și, în cea mai mare măsură, uraniul însuși au proprietatea radioactivității naturale. Becquerel s-a întors la luminoforii care îl interesau. Adevărat, el a făcut o altă descoperire majoră legată de radioactivitate. Odată, pentru o prelegere publică, Becquerel a avut nevoie de o substanță radioactivă, a luat-o de la Curies și a băgat eprubeta în buzunarul vestei. După ce a ținut o prelegere, a returnat proprietarilor preparatul radioactiv, iar a doua zi a găsit roșeață a pielii sub formă de eprubetă pe corp sub buzunarul vestei. Becquerel i-a spus despre asta lui Pierre Curie și a pus la cale un experiment: timp de zece ore a purtat o eprubetă cu radiu legat de antebraț. Câteva zile mai târziu a făcut și roșeață, care s-a transformat apoi într-un ulcer sever, de care a suferit timp de două luni. Astfel, efectul biologic al radioactivității a fost descoperit pentru prima dată.

Dar chiar și după aceea, Curies și-au făcut cu curaj treaba. Este suficient să spunem că Marie Curie a murit din cauza unor complicații, inclusiv a muncii de lungă durată cu radiu, în 1934.

În 1955 au fost examinate caietele lui Marie Curie. Încă mai radiază din cauza contaminării radioactive introduse atunci când au fost umplute. Pe una dintre foi s-a păstrat o amprentă radioactivă a lui Pierre Curie.

Legea dezintegrarii radioactive

Legea dezintegrarii radioactive este o lege descoperita experimental de Frederick Soddy si Ernest Rutherford si formulata in 1903 . Formularea modernă a legii:

{\frac {dN}{dt}}=-\lambda N,

ceea ce înseamnă că numărul dezintegrarilor într-un interval de timp t într-o substanță arbitrară este proporțional cu numărul N de atomi radioactivi de un anumit tip prezenți în probă.

Rezolvarea acestei ecuații diferențiale cu condiția inițială la $N=N_{0)$ $t=0:$

N(t)=N_{0}e^{-\lambda t}=N_{0}e^{-{\frac {t}{\tau }}},

unde este durata medie de viață a unui atom radioactiv.

\tau

În această expresie matematică, λ este constanta de dezintegrare, care caracterizează probabilitatea dezintegrarii radioactive pe unitatea de timp și are dimensiunea c −1 . Semnul minus indică o scădere a numărului de nuclee radioactive în timp. Legea exprimă independența dezintegrarii nucleelor radioactive unul față de celălalt și față de timp: probabilitatea dezintegrarii unui nucleu dat în fiecare unitate de timp ulterioară nu depinde de timpul care a trecut de la începutul experimentului și de numărul de nuclee rămase în probă.

Această lege este considerată legea de bază a radioactivității, din ea s-au extras câteva consecințe importante, printre care se numără formulările caracteristicilor de dezintegrare - durata medie de viață a unui atom și timpul de înjumătățire [3] [4] [5] [6 ] ] .

Constanta de dezintegrare a unui nucleu radioactiv în cele mai multe cazuri practic nu depinde de condițiile din jur (temperatura, presiunea, compoziția chimică a substanței etc.). De exemplu, tritiul solid T2 la o temperatură de câțiva kelvin se descompune cu aceeași viteză ca tritiul gazos la temperatura camerei sau la o temperatură de mii de kelvin; tritiul din compoziția moleculei T2 se descompune în aceeași viteză ca și în compoziția, de exemplu, a aminoacidului valină cu atomi de hidrogen înlocuiți cu atomi de tritiu.

Modificări slabe ale constantei de dezintegrare în condiții de laborator au fost găsite numai pentru captarea electronilor - temperaturile și presiunile disponibile în laborator, precum și o modificare a compoziției chimice, pot modifica oarecum densitatea norului de electroni din mediul nucleului, ceea ce duce la o modificare a ratei de dezintegrare cu fracțiuni de procent. Cu toate acestea, în condiții destul de dure ( ionizare mare a atomului, densitate mare de electroni, potențial chimic ridicat al neutrinilor, câmpuri magnetice puternice), care sunt greu de realizat în laborator, dar sunt realizate, de exemplu, în nucleele stelelor, alte tipuri de dezintegrari le pot modifica probabilitatea.

Constanța constantei de dezintegrare radioactivă face posibilă măsurarea vârstei diferitelor obiecte naturale și artificiale pe baza rezultatelor măsurării concentrației nucleelor radioactive constitutive ale acestora și a concentrației produselor de descompunere acumulate. Au fost dezvoltate o serie de metode de datare cu radioizotopi care măsoară vârsta obiectelor variind de la unități la miliarde de ani; dintre acestea, cele mai cunoscute sunt metoda radiocarbonului , metoda uraniu-plumb , metoda uraniu-heliu, metoda potasiu-argon etc.

Tipuri de particule emise în timpul dezintegrarii radioactive

E. Rutherford a stabilit experimental ( 1899 ) că sărurile de uraniu emit trei tipuri de raze, care sunt deviate diferit într-un câmp magnetic :

razele de primul tip sunt deviate în același mod ca un flux de particule încărcate pozitiv ; au fost numite raze α ;
razele de al doilea tip sunt de obicei deviate într-un câmp magnetic în același mod ca un flux de particule încărcate negativ, ele au fost numite raze β (există, totuși, raze beta de pozitroni care deviază în direcția opusă);
razele de al treilea tip, care nu sunt deviate de un câmp magnetic, se numesc radiații γ .

Deși în cursul cercetărilor au fost descoperite și alte tipuri de particule emise în timpul dezintegrarii radioactive, denumirile enumerate au supraviețuit până în prezent, deoarece tipurile corespunzătoare de dezintegrare sunt cele mai comune.

Când nucleul în descompunere interacționează cu învelișul de electroni, este posibil să se emită particule (fotoni de raze X, electroni Auger, electroni de conversie) din învelișul de electroni . Primele două tipuri de radiații apar atunci când apare un loc liber în învelișul de electroni (în special, în timpul captării electronilor și în timpul unei tranziții izomerice cu emisia unui electron de conversie) și umplerea ulterioară în cascadă a acestui loc liber. Un electron de conversie este emis în timpul unei tranziții izomerice cu conversie internă, atunci când energia eliberată în timpul tranziției dintre nivelurile nucleare nu este transportată de un cuantum gamma, ci este transferată unuia dintre electronii de înveliș.

În timpul fisiunii spontane , nucleul se descompune în două (rar trei) nuclee relativ ușoare - așa-numitele fragmente de fisiune - și mai mulți neutroni. În timpul dezintegrarii clusterului (care este un proces intermediar între fisiune și dezintegrarea alfa), un nucleu relativ ușor ( 14 C, 16 O etc.) este emis dintr-un nucleu părinte greu.

În timpul dezintegrarii protonilor (de doi protoni) și neutronilor, nucleul emite protoni și, respectiv, neutroni.

În toate tipurile de dezintegrare beta (cu excepția neutrinolessului prezis, dar nedescoperit încă ) , un neutrin sau antineutrin este emis de nucleu.

Tipuri de dezintegrare radioactivă

Toate tipurile de degradare pot fi împărțite în trei grupuri:

Similar cu dezintegrarea alfa. Acestea sunt dezintegrarea clusterului, emisia de protoni, emisia de neutroni și altele. În toate cazurile, o parte a nucleonilor s-a „despărțit” de nucleu.
Similar cu dezintegrarea β. Acestea sunt dezintegrarea β⁻, dezintegrarea β⁺, descompunerile duble β. În ele, dezintegrarea are loc din cauza interacțiunii slabe.
Similar cu dezintegrarea γ. Acestea sunt dezintegrarea y (tranziția izomerului) și conversia internă. Aici are loc o tranziție izomeră a nucleului cu emisia unui foton.

Nume decădere		Descriere	miez de copil	Emisia
Emisia de nucleoni
Dezintegrarea alfa	α	O particulă α este separată de nucleu - nucleul atomului de heliu-4.	(A-4, Z-2)	⁴El
Emisia de protoni	p	Se separă 1-2 nucleoni. Este tipic pentru nucleele ușoare cu un exces mare de protoni sau neutroni.	(A-1, Z-1)	p
Dezintegrare dublă a protonilor	2p		(A-2, Z-2)	2p
emisie de neutroni	n		(A-1, Z)	n
Dezintegrare dublă a neutronilor	2n		(A-4, Z)	2n
dezintegrarea clusterului	KL	Un grup se separă - nucleul este mai greu decât ⁴He, dar mult mai ușor decât nucleul fiică.	(A-Aₓ, Z-Zₓ)	(Aₓ, Zₓ)
Diviziunea spontană	SF	Nucleul este împărțit aproximativ în jumătate. Tipic pentru nucleele grele (transuraniu)	2(~A/2,~Z/2)	2-5n
Diverse dezintegrari β
Beta minus dezintegrare	β⁻	Neutronul se descompune din cauza interacțiunii slabe cu emisia unui electron: $n\longrightarrow p+e^{-}+{\bar {\nu }}$	(A, Z+1)	e⁻;ν
Dezintegrare beta plus (emisia de pozitroni)	β⁺	Proces invers. Un proton se descompune într-un neutron: $p\longrightarrow n+e^{+}+\nu$	(A, Z-1)	e⁺;ν
Captură electronică	ε	Un electron este captat din învelișul de electroni a unui atom: $p+e^{-}\longrightarrow n+\nu$	(A, Z-1)	v
Dezintegrare beta-minus cu tranziția la învelișul de electroni		Uneori, electronul nu are suficientă energie pentru a părăsi atomul și trece în învelișul de electroni a atomului.
Beta dublă minus dezintegrare	2β⁻	Două dezintegrari de neutroni apar simultan.	(A, Z+2)	2e⁻;2v
Beta dublă plus decădere	2β⁺	Există două dezintegrari ale unui proton în același timp. Fiecare dezintegrare poate fi fie emisie de pozitroni, fie captare de electroni.	(A, Z-2)	2e⁺;2ν
Mâner electronic dublu	2ε		(A, Z-2)	2v
Captură electronică cu emisie de pozitroni	εβ⁺		(A, Z-2)	e⁺;2ν
Dezintegrarea beta dublă fără neutrini	0ν2β	O presupusă descompunere în care două particule de neutrini reacţionează cu autodistrugere.	(A, Z+2)	2e⁻
Tranziție izomeră
Dezintegrarea gamma	γ	Nucleul trece de la starea excitată la starea fundamentală.	(A, Z)	γ
conversie internă	IC	Cuantumul γ emis este absorbit de electronul din e-mail. învelișurile atomului. Fie trece la un nou nivel, fie devine liber ( electron de conversie )	(A, Z)	e⁻

Dezintegrare alfa

Dezintegrarea alfa este dezintegrarea spontană a unui nucleu atomic într-un nucleu fiică și o particulă α (nucleul unui atom 4 He ).

Dezintegrarea alfa apare de obicei în nucleele grele cu un număr de masă A ≥ 140 (deși există câteva excepții). În interiorul nucleelor grele, datorită proprietății de saturație a forțelor nucleare, se formează particule α separate , formate din doi protoni și doi neutroni. Particula α rezultată este supusă unei acțiuni mai mari a forțelor de respingere Coulomb din protonii nucleului decât protonii individuali. În același timp, particula α experimentează mai puțină atracție nucleară față de nucleonii nucleului decât restul nucleonilor. Particula alfa rezultată la limita nucleului este reflectată din bariera potențială spre interior, dar cu o oarecare probabilitate o poate depăși (vezi efectul de tunel ) și poate zbura afară. Pe măsură ce energia particulei alfa scade, permeabilitatea barierei de potențial scade foarte repede (exponențial), astfel încât durata de viață a nucleelor cu o energie disponibilă mai mică de dezintegrare alfa, cu alte lucruri egale, este mai lungă.

Regula de schimbare a lui Soddy pentru dezintegrarea α:

{}_{{Z}}^{{A}}{\textrm {X}}\rightarrow {}_{{Z-2}}^{{A-4}}{\textrm {Y}}+{ }_{{2}}^{{4}}{\textrm {El}}.

Exemplu (desintegrarea alfa a uraniului-238 la toriu-234):

{}_{{92}}^{{238}}{\textrm {U}}\rightarrow {}_{{90}}^{{{234}}{\textrm {Th}}+{}_{{ 2}}^{{4}}{\textrm {El}}.

Ca urmare a dezintegrarii α, atomul este deplasat cu 2 celule la începutul tabelului periodic (adică sarcina nucleară Z scade cu 2), numărul de masă al nucleului fiu scade cu 4.

Dezintegrare beta

Beta minus degradare

Becquerel a demonstrat că razele β sunt un flux de electroni . Dezintegrarea beta este o manifestare a forței slabe .

Dezintegrarea beta (mai precis, dezintegrarea beta minus, β - dezintegrarea) este o descompunere radioactivă, însoțită de emisia unui electron și a unui antineutrin electronic din nucleu .

Dezintegrarea beta este un proces intranucleon. Dezintegrarea beta-minus are loc datorită transformării unuia dintre cuarcurile d dintr-unul dintre neutronii nucleului într-un cuarc u ; în acest caz, neutronul este convertit într-un proton cu emisia unui electron și a unui antineutrin:

{}_{{0}}^{{1}}{\textrm {n}}\rightarrow {}_{{1}}^{{1}}{\textrm {p}}+{}_{{ -1}}^{{0}}{\textrm {e}}+{\bar \nu }_{e}.

Neutronii liberi experimentează, de asemenea, dezintegrare β - , transformându-se într-un proton, un electron și un antineutrin (vezi dezintegrarea beta neutronului ).

Regula de deplasare a lui Soddy pentru β − dezintegrare:

{}_{{Z}}^{{A}}{\textrm {X}}\rightarrow {}_{{Z+1}}^{{A}}{\textrm {Y}}+{}_ {{-1}}^{{0}}{\textrm {e}}+{\bar \nu }_{e}.

Exemplu (degradarea beta a tritiului la heliu-3 ):

{}_{{1}}^{{3}}{\textrm {H}}\rightarrow {}_{{2}}^{{3}}{\textrm {He}}+{}_{{ -1}}^{{0}}{\textrm {e}}+{\bar \nu }_{e}.

După dezintegrarea β − - , elementul este deplasat cu 1 celulă până la sfârșitul tabelului periodic (sarcina nucleară crește cu unu), în timp ce numărul de masă al nucleului nu se modifică.

Dezintegrarea pozitronilor și captarea electronilor

Există și alte tipuri de dezintegrare beta. În dezintegrarea pozitronilor (beta plus dezintegrarea), nucleul emite un pozitron și un neutrin electronic . În timpul dezintegrarii β + , sarcina nucleară scade cu unu (nucleul mută o celulă la începutul tabelului periodic), adică unul dintre protonii nucleului se transformă într-un neutron, emițând un pozitron și un neutrin (la nivel de cuarc, acest proces poate fi descris ca transformarea unuia dintre cuarcurile u dintr-unul dintre protonii nucleului într-un cuarc d ; trebuie remarcat faptul că un proton liber nu se poate descompune într-un neutron, acest lucru este interzis de legea conservării energiei, deoarece un neutron este mai greu decât un proton; totuși, în nucleu un astfel de proces este posibil dacă diferența de masă dintre atomul părinte și atomul fiu este pozitivă). Dezintegrarea pozitronilor este întotdeauna însoțită de un proces concurent, captarea electronilor ; în acest proces, nucleul captează un electron din învelișul atomic și emite un neutrin, în timp ce încărcătura nucleului scade și ea cu unul. Cu toate acestea, inversul nu este adevărat: pentru mulți nuclizi care experimentează captarea electronilor (ε-capture), dezintegrarea pozitronilor este interzisă de legea conservării energiei . În funcție de care dintre învelișurile de electroni ale atomului (K, L, M, ...) un electron este captat în timpul captării ε, procesul este notat ca K-captură, L-capture, M-capture, ... ; toate acestea, în prezența unor învelișuri adecvate și a unei energii suficiente de descompunere, concurează de obicei, dar captarea K este cea mai probabilă, deoarece concentrația de electroni în învelișul K din apropierea nucleului este mai mare decât în învelișurile mai îndepărtate. După capturarea unui electron, locul vacant rezultat în învelișul de electroni este umplut prin transferul unui electron dintr-un înveliș superior, acest proces poate fi un proces în cascadă (după tranziție, locul vacant nu dispare, ci se trece la un nivel superior. coajă), iar energia este transportată de fotonii de raze X și/sau electronii Auger din spectrul de energie discret.

Regula de schimbare a lui Soddy pentru dezintegrarea β + și captarea electronilor:

{}_{{Z}}^{{A}}{\textrm {X}}\rightarrow {}_{{Z-1}}^{{A}}{\textrm {Y}}+e^{ +}+\nu _{e}.

{}_{{Z}}^{{A}}{\textrm {X}}+e^{-}\rightarrow {}_{{Z-1}}^{{A}}{\textrm {Y }}+\nu _{e}.

Exemplu (ε-captura de beriliu - 7 în litiu-7 ):

{}_{{4}}^{{7}}{\textrm {Be}}+e^{-}\rightarrow {}_{{3}}^{{7}}{\textrm {Li}} +\nu _{e}.

După dezintegrarea pozitronilor și captarea ε, elementul este deplasat cu 1 celulă la începutul tabelului periodic (sarcina nucleară scade cu unu), în timp ce numărul de masă al nucleului nu se modifică.

Degradare dublă beta

Cel mai rar dintre toate tipurile cunoscute de dezintegrare radioactivă este descompunerea dublă beta , a fost descoperită până în prezent pentru doar unsprezece nuclizi, iar timpul de înjumătățire pentru oricare dintre ei depășește 10-19 ani . Dezintegrarea beta dublă, în funcție de nuclid, poate apărea:

cu o creștere a sarcinii nucleare cu 2 (în acest caz, sunt emiși doi electroni și doi antineutrini, 2β - dezintegrare)
cu o scădere a sarcinii nucleare cu 2, în timp ce sunt emiși doi neutrini și doi pozitroni (desintegrare cu doi pozitroni, 2β + -desintegrare)
emisia unui pozitron este însoțită de captarea unui electron din înveliș (conversie electron-pozitron, sau εβ + dezintegrare)
sunt capturați doi electroni (captură dublu de electroni, 2ε-capture).

Dezintegrarea beta dublă fără neutrini a fost prezisă, dar încă nu a fost descoperită.

Proprietăți generale ale decăderii beta

Toate tipurile de dezintegrare beta păstrează numărul de masă al nucleului, deoarece în orice dezintegrare beta numărul total de nucleoni din nucleu nu se modifică, doar unul sau doi neutroni se transformă în protoni (sau invers).

Dezintegrarea gamma (tranziția izomerului)

Aproape toate nucleele au, pe lângă starea cuantică fundamentală, un set discret de stări excitate cu energie mai mare (excepție fac nucleele 1 H , 2 H , 3 H și 3 He ). Stările excitate pot fi populate în timpul reacțiilor nucleare sau al dezintegrarii radioactive a altor nuclee. Majoritatea stărilor excitate au durate de viață foarte scurte (mai puțin de o nanosecundă). Există însă și stări suficient de lungi (a căror durată de viață se măsoară în microsecunde, zile sau ani), care se numesc izomerice, deși granița dintre ele și stările de scurtă durată este foarte arbitrară. Stările izomerice ale nucleelor, de regulă, se degradează în starea fundamentală (uneori prin mai multe stări intermediare). În acest caz, sunt emise una sau mai multe cuante gamma; excitația nucleului poate fi eliminată și prin emisia de electroni de conversie din învelișul atomic. Stările izomerice pot dezintegra și prin dezintegrarile obișnuite beta și alfa.

Tipuri speciale de radioactivitate

Diviziunea spontană
Radioactivitatea clusterului
dezintegrarea protonilor
Radioactivitate cu doi protoni
Radioactivitatea neutronilor

Vezi și

Unități de radioactivitate
echivalent banană

Note

↑ Enciclopedia fizică / Cap. ed. A. M. Prohorov. - M . : Enciclopedia Sovietică, 1994. - T. 4. Poynting - Robertson - Streamers. - S. 210. - 704 p. - 40.000 de exemplare. - ISBN 5-85270-087-8 .
↑ Manolov K., Tyutyunnik V. Biografia atomului. Atom - de la Cambridge la Hiroshima. - Trad. revizuită. din bulgară .. - M . : Mir , 1984. - S. 20-21. — 246 p.
↑ Klimov A.N. Fizică nucleară și reactoare nucleare. - Moscova: Energoatomizdat, 1985. - S. 352.
↑ Bartolomey G. G., Baibakov V. D., Alkhutov M. S., Bat G. A. Fundamentele teoriei și metodelor de calcul al reactoarelor nucleare. — Moscova: Energoatomizdat, 1982.
↑ IRCameron, Universitatea din New Brunswick reactoare de fisiune nucleară. — Canada, New Brunswick: Plenum Press, 1982.
↑ Cameron I. Reactoare nucleare. - Moscova: Energoatomizdat, 1987. - S. 320.

Literatură

Sivukhin DV Curs general de fizică. — Ediția a 3-a, stereotipă. - M . : Fizmatlit , 2002. - T. V. Fizică atomică și nucleară. — 784 p. — ISBN 5-9221-0230-3 .

Dicționare și enciclopedii

mare danez
Mare catalană
Rusă mare
Brockhaus și Efron
in jurul lumii
Micul Brockhaus și Efron
Britannica (a 11-a)
Britannica (online)
Britannica (online)
Universalis
Universalis

În cataloagele bibliografice
BNF : 11935845v GND : 4048198-0 J9U : 987007558201405171 LCCN : sh85110661 NDL : 00563513 NKC : ph124974

Clasificarea particulelor
Viteza raportată la viteza luminii	Tardioane ( sau bradioane) Luxoni Ipotetic: tahioni overbradions
Prin prezența structurii interne și a separabilității	Particulă elementară ( Particulă fundamentală ) particulă compusă
Fermiuni prin prezența unei antiparticule	fermioni de Dirac Fermions Maghiran
Formată în timpul dezintegrarii radioactive	α β γ δ ε n
Candidați pentru rolul particulelor de materie întunecată	WIMP Wimpzilla LSP NLSP
În modelul inflaţionist al universului	Inflaton curbare
Prin prezența unei sarcini electrice	particulă încărcată particulă neutră
În teoriile ruperii spontane de simetrie	bosonul Goldstone Goldstone fermion ( sau goldstino)
Pe timpul vieții	particule stabile Particule instabile
Alte clase	particulă virtuală particulă subatomică antiparticule Adevărate particule neutre Particule libere Particule identice Ei și Cvasiparticule Particule ipotetice Rezonanțe