Типы ядерных превращений

Если в ядре слишком много протонов или нейтронов, то такие ядра не устойчивы и претерпевают самопроизвольные превращения, в результате которых изменяется состав ядра, и, следовательно, ядро атома одного элемента превращается в ядро другого элемента. При этом процессе ядра, испускают радиоактивные излучения.

Существуют следующие виды ядерных превращений: альфа-распад, бета-распад (электронный и позитронный), электронный захват, внутренняя конверсия.

1. Альфа-распад — состоит в самопроизвольном превращении ядра с испусканием б-частицы (см. рис. 7).

Рис. 7. Схема образования альфа-излучения.

В общем виде альфа-распад представляется таким образом: где X и Х — символы соответственно материнского и дочернего ядер.

2. Бета-распад — заключается во внутриядерном взаимном превращении нейтрона и протона. Если в ядре имеется излишек нейтронов, то происходит электронный распад, при котором один из нейтронов превращается в протон, а ядро испускается электрон и антинейтрино (cм. рис. 8).

Рис. 8. Схема образования бета-излучения.

При этом распаде заряд ядра и соответственно атомный номер элемента увеличивается на единицу.

® + в + н-,.

где н- - антинейтрино, а b — электрон.

При позитронном распаде ядро испускает частицу такой же массы, как и электрон, но имеющую заряд +1, и нейтрино, а один из протонов превращается в нейтрон:

® + в+ + н, где н — нейтрино, b+ - позитрон.

Позитрон, вылетев из ядра, срывает с оболочки атома «лишний» электрон или взаимодействует со свободным электроном, образую пару «позитрон-электрон», которая мгновенно превращается в два гамма-кванта с энергией, эквивалентной массе частицы (e+ + e-). Процесс превращения пары «электрон-позитрон» в два гамма-кванта получил название аннигиляции. Т.о. при позитронном распаде в конечном итоге за пределы ядра вылетают не две частицы, а два гамма-кванта, каждый из которых обладает энергией, равной 0,511МэВ.

3. Электронный захват — один из протонов ядра забирает электрон с одной из оболочек атома, чаще всего с ближайшего к нему слоя и превращается в нейтрон.

Схема электронного захвата: + в ® + н Освободившееся место заполняется электроном из более отдалённых от ядра слоёв оболочки атома. Избыток энергии испускается атомом в виде характеристического рентгеновского излучения.

В зависимости от того, с какой внутренней оболочки захватывается электрон, иногда различают К-захват, L-захват и т. д.

4. Внутренняя конверсия — переход возбуждённого ядра в состояние с меньшей энергией может происходить путём внутренней конверсии, или конверсии с образованием электронно-позитронных пар. Ядро передаёт энергию возбуждения одному из электронов внутренних слоёв, который в результате этого удаляется за пределы атома. Такие электроны получили название электронов внутренней конверсии.