Файл: Бете, Г. Теория ядерной материи.pdf

Скачать файл
Заказать решение

ВУЗ: Не указан

Категория: Не указан

Дисциплина: Не указана

Добавлен: 23.10.2024

Просмотров: 73

Скачиваний: 0

ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.

Таблица 2

Свойства некоторых соседних «стабильных» изобаров

 

Д о ч е р ­

 

 

нее

Распростра -

М а с с о ­

ядро

вое

(спин,

пепиость,

число

чет­

стабильность

 

ность)

 

И с х о д н о е ядро (время жизни, спин, четность)

Р а с п р о с т р а ­

Дочернее

ненность,

ядро (спин,

стабильность

четность)

40

Аг 1 в

 

Км

 

 

 

 

 

(9%, ^-за­

1,3-10° л\т

 

 

Са2 о

 

(2+ )

(4')

 

(91%,

3~)

(0+ )

 

 

хват)

 

 

 

 

 

 

. 50

T i 2 2

 

v M

 

 

 

 

Сг,4

 

(0+ )

 

Стабильно?

 

 

 

 

 

(6)

 

 

 

 

(0+ )

 

 

 

 

 

 

 

 

87

 

 

Rb 3 7

 

 

 

 

 

 

 

6,2-10'°

лет

(100%, 3')

Sl'38

 

 

 

( 3 / Г )

 

( V 2 + )

115

 

 

1п4 0

 

 

 

 

 

 

 

6-101'1 лет

(100%, з-)

Sn 5 0

 

 

 

( 7 2 + )

 

( V 2 + )

138

 

 

L a 5 7

 

 

 

 

 

Ва6 в

(94%, /^-за­

7-101 0 лет

 

 

Се6 8

 

?

(4+ или

5±)'

(6%,

в-)

(0+ )

 

 

хват)

 

 

 

 

 

 

176

Y b 7 0

(1%, /(-за­

L u 7 1

лет

(99%, 3")

Hf„

 

(0+ )

2,2-101 0

(6+ )

 

 

хват)

(>9)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

187

 

 

Re7 5

 

 

 

Os 7 0

 

 

 

5 -Ю 1 0

лет

 

 

 

 

 

(100%, з-)

( u / 3 или

 

 

 

( 7 2

+ )

 

 

 

 

 

 

 

1 3 / 2 + )

28

Часть I. Описательная теория

ядер

перечислены

в табл. 2. Первая из

них с ма'ссовым

числом 40 имеет важное значение для геофизики. Атмо­ сферный аргон является результатом захвата /(-электрона ядром К 4 0 и последующего распада с образованием Аг4 0 в возбужденном состоянии, энергия которого относительно

основного

состояния

равна 1,5

Мэв.

Вероятность/(-захвата

составляет

около 1 / 1 2

вероятности

(3~-распада

ядра

Са4 0

с парциальным временем жизни около 1,4-10°

лет.

Энер­

гия, выделяющаяся

из

этого естественного

радиоактивного

элемента в горных

породах*,

далеко

не так

мала по

срав­

нению с энергией, выделяемой тяжелыми элементами; благодаря своему сравнительно малому времени жизни и относительно большой распространенности калий должен был выделить много тепла на ранних стадиях геологиче­ ской истории Земли. За исключением Th и U на Земле нет других радиоактивных элементов, дающих подобную энер­ гию. Теория [3-распада способна дать хорошее объяснение большому времени жизни и соотношению между /(-захва­ том и электронным распадом. С точки зрения оболочечной модели ядра даже большие значения спина являются разумными (см. § 18).

2.ПРИМЕНЕНИЕ ТЕОРИИ К ВОПРОСУ О РАСПРОСТРАНЕННОСТИ ЯДЕР

В§ 1 были указаны следующие правила: 1) за очень

малыми

исключениями,

стабильные

ядра

с

четными

А

имеют четные Z

и 2) число элементов с четными

А больше,

чем с нечетными

А.

Теперь

 

мы

можем

объяснить

эти

факты. Нужно

только предположить,

что

для

четных

А

энергия (масса атома) в общем случае меньше

при

чет­

ных Z, чем при нечетных

Z,

в то

время

как

для

нечет­

ных

Л не существует

такого различия. Тогда

атомная масса

ядра с четным А и нечетным

Z

будет больше массы одного

или

двух

соседних

ядер,

и

ядро

может

распасться

в одно из них или в оба

с /(-захватом или

с испусканием

[З-частиц. Это объясняет правило «1». Однако

оба

соседа

такого

ядра

могут

быть

стабильными,

что

приводит

к

возможности

изобаров,

отличающихся

на две

единицы

по

заряду

ядра,

поэтому

для

четных

А

имеется

много

пар

изобаров. С

другой

стороны,

для

каждого

данного

§ 4. Дальнейшие сведения о ядерных расщеплениях

29

нечетного А имеется обычно только одно возможное ядро: или с четным Z, или с нечетным Z. Это объясняет правило «2».

Кроме того, для данного четного Z изотопы с четным А более устойчивы и поэтому отстоят дальше от среднего значения массового числа. Например, ксенон имеет следу­ ющие стабильные изотопы:

А = 124

126

128

130

132

134

136

129 131

§ 4. ДАЛЬНЕЙШИЕ СВЕДЕНИЯ О ЯДЕРНЫХ РАСЩЕПЛЕНИЯХ

1. ГАММА-ЛУЧИ

Ядра испускают не только часгицы (тяжелые частицы

иэлектроны), но также и у-лучи (световые кванты).

Испускание

у _ л У ч е ^

возможно

при

переходе

 

ядра

из

возбужденного

состояния

в

низшее

энергетическое

состояние. Полупериоды распада

для

дипольного

излуче­

ния

(изменение ядерного

спина

 

Д / =

0 или

± 1) имеют,

как

правило,

порядок

величины

от

Ю - 1 7

д о ~ 1 0 ~ 1 3

сек.

Время жизни для квадрупольного излучения

(Д/ =

± 2)

также часто

имеет

порядок Ю -

1 3

сек в противоположность

атомным спектрам, где оно для

квадрупольного

излуче­

ния

гораздо

больше,

чем

для

дипольного. Однако

для

малых частот (/гм 20 — 200 кэв) время жизни для квадру­ польного излучения гораздо больше (от 10~10 до 10"3 сек).

Для октупольного излучения

( Д / = ± 3 ) при

аналогичных

малых энергиях полупериоды

имеют знатения

от 10~5 сек

до нескольких часов, а для Д / = ± 4 — от 1 сек до многих лет. Если спин нижнего возбужденного уровня ядра суще­ ственно отличается от спина основного состояния, так что полупериод распада очень велик, то возбужденное состоя­ ние называется метастабильным или изомером ядра. Изо­ меры обычно обозначаются звездочкой; впервые обнару­

женным изомером был In*.

2. КРАТКИ^ ОБЗОР ПРОЦЕССОВ РАСПАДА

Рассмотрим ядро

ZA

в некотором квантовом

состоянии.

1. Ядро может

быть нестабильно по

отношению

к испусканию тяжелых

частиц.

 

30

Часть I.

Описательная теория

ядер

 

Нейтроны. Время

жизни ядер — от

10~21 до 10"1а сек,

кроме случаев, когда передаваемая нейтрону энергия

чрезвычайно мала (несколько эв), при

этом

оно

может

достигать 10~12 сек. Нижний предел для

времени

жизни

можно грубо подсчитать по

времени, которое

необходимо

нейтрону

для

прохождения

ядерного

радиуса,

т. е.

10~12 см/

(109

см/сек) = Ю - 2 1

сек. Таким

образом,

ядро,

нестабильное по отношению к испусканию

нейтрона,

вряд

ли может

быть

наблюдено.

 

 

 

 

Протоны.. Если протоны имеют энергию, достаточную для прохождения над кулоновским барьером, то соответ­ ствующие времена жизни приблизительно равны временам жизни по отношению к испусканию нейтрона. Если кине­ тическая энергия протонов мала и они должны проходить кулоновский барьер, то коэффициент проницаемости при­ водит к гораздо большим значениям времени жизни.

а-часпшцы. В общем случае к а-частицам применимо то же правило, что и к протонам, за исключением того, что при данной энергии значения полупериодов распада должны быть большими вследствие большей массы и заряда час­ тицы. В частности, чтобы можно было наблюдать распад (полупериод не больше 10й лет), энергия а-частицы в ядре должна быть больше 3,5 Мэв при Z=92 и больше 1 кэв при Z=4 .

2. Ядро может быть нестабильно по отношению к испу- • еканию световых квантов. Полупериоды в общем случае меняются от 10 1 7 до 10 1 0 сел:, но иногда они (например,

вслучае изомеров) могут иметь значения от секунд до годов.

3.Испускание Е5-лучей или захват К-электронов. Полу­ периоды бывают от 0,02 сек до 101 1 лет и больше.

Таким образом, • нестабильные

ядра

можно

разделить

на

три

группы.

 

 

 

 

 

 

 

1-я

группа.

Время

жизни ненаблюдаемо мало:

 

 

а)

от

10~21

до I0'ls

сек;

очень

нестабильные

ядра

Не5

и L i 5

в основных состояниях или любое ядро в возбужден­

ном состоянии с достаточно большой энергией для

испуска­

ния

быстрого нейтрона, быстрого

протона или а-частицы;

б) от 10"1 7 до -^Ю"8 сек; почти всё возбужденные

со­

стояния

ядер,

не входящие в п. «а». Эти ядра в общем слу­

чае

теряют энергию

на испускание у-лучей или

иногда

на

испускание

медленных

нейтронов,

протонов

и

т.

д.

Смотрите также файлы