Альфа-распад

Альфа-распад (α-распад) — физический процесс распада ядра, протекающий самопроизвольно с испусканием двух протонов и двух нейтронов, связанных воедино в ядро гелия. В результате альфа-распада заряд ядра уменьшается на две, а его массовое число на четыре единицы:

Ядерная физика

Атомное ядро · Радиоактивный распад · Ядерная реакция Основные термины Атомное ядро · Изотопы · Изобары · Период полураспада · Массовое число · Цепная ядерная реакция Распад ядер Альфа-распад · Бета-распад · Гамма излучение · Кластерный распад Сложный распад Электронный захват · двойной бета-распад · Двойной электронный захват · Внутренняя конверсия · Изомерный переход Излучения Нейтронный распад · Позитронный распад · Протонный распад Захваты Электронный захват · Нейтронный захват R · S · P · Rp Реакции деления Спонтанное деление Ядерный синтез Известные учёные Беккерель · Бете · Мария Кюри · Кюри, Пьер · Ферми

Альфа-распад (условное схематическое представление)

Пример альфа-распада для изотопа ²²⁶Ra:

$\ ^{226}_{88}Ra \rightarrow ^{222}_{86}Rn + \alpha \ (^4_2He)$

Кинетическая энергия α-частиц при таком распаде (Ε_α) определяется массами исходного и конечного ядер и α-частицы. Эта энергия может незначительно уменьшиться, если конечное ядро образуется в возбуждённом состоянии и, напротив несколько увеличиться, если возбуждённым было испускающее α-частицу ядро (такие частицы с увеличенной энергией называются длиннопробежными). Однако во всех случаях энергия α-распада продолжает быть однозначно связана с разностью масс и уровнями возбуждения исходного и конечного ядер, а потому спектр испускаемых α-частиц всегда является не сплошным а линейчатым.

Характерным свойством α-распада является наличие сильной зависимости между энергией испускаемых α-частиц и периодом полураспада α-радиоактивных ядер:

$\log T_{1/2} = \frac{K}{\sqrt{E_\alpha}} - D$

где К и D — константы, значения которых для природных радиоактивных изотопов с чётными Z и А лежат (при периоде полураспада $T_{1/2}$, выраженном в сек, и энергии Е, выраженной в в МэВ) в следующих пределах: К=128,8 (при Z=84) — 154,7 (Z=92), D=50,15 (Z=84) — 54,4 (Z=92). Эта эмпирическая зависимость была впервые установлена в 1911—1912 гг. Гансом Гейгером и Джоном Неттолом (закон Гейгера-Неттола), и теоретически обоснована в 1928 году Георгием Гамовым в результате квантовомеханического рассмотрения процесса α-распада в результате туннельного перехода.

Распространённость α-распада

Распространённость α-распада в наибольшей степени определяется зависимостью времени жизни α-радиоактивных ядер от энергии их распада. Важно не только чтобы энергия распада была положительной, но необходимо чтобы период полураспада находился в пределах: 10^-12 сек < T¹/₂ < 10¹⁶ лет, которых нижний предел связан с самим определением понятия типа распада, а верхний предел с выполнением условия наблюдаемости (возможности обнаружения) распада (при ~ 10¹⁶ лет активность 1 г изотопа с А~200 составляет лишь 1,8×10^-13 кюри). Для радиоактивных изотопов с Z < 50 энергия α-распада оказывается положительной при очень сильном дефиците числа нейтронов, в тоже время для ядер такого типа становится характерной протонная и двупротонная радиоактивность, и поэтому α-распад. здесь, как правило не наблюдается (в этой области изотопов существует единственное (аномальное) ядро, неустойчивое к α-распаду из основного состояния, ⁸Be). Среди изотопов более тяжёлых элементов имеется большое число таких, для которых энергия α-распада очень мала, хотя и положительна, и фактически сам α-распад отсутствует.

α-радиоактивные ядра

Альфа-распад обнаружен у более чем 200 изотопов различных элементов, в основной своей массе расположенных в конце периодической системы, в областях за свинцом, которым и завершается заполнение протонной ядерной оболочки с Z=82. Также имеется чуть более 20 α-радиоактивных изотопов редкоземельных элементов. В этой области α-распад наиболее присущ ядрам с N=84, которые при испускании α-частиц испытывают превращение в ядра с заполненной оболочкой (N=82). Время жизни α-радиоактивных ядер колеблется от 10^-12 сек, до (2-5)×10¹⁷ лет (природные изотопы ¹⁴²Ce, ¹⁴⁴Nd, ¹⁷⁴Hf, ²⁰⁹Bi). Энергия наблюдаемого α-распада находится в пределах 4-9 МэВ (за исключением длиннопробежных α-частиц) для все тяжёлых ядер элементов, и 2-4,5 МэВ для изотопов редкоземельных (лантаноидов) элементов).

Практическое значение альфа-распада

Огромнейшее значение альфа-распад имеет в области использования ядерной энергии, в частности в радиоизотопной энергетике. Используемые альфа-радиоактивные изотопы в всевозможных радиоизотопных источниках энергии представляют собой наиболее мощные источники энергии, и в сравнении с бета-радиоактивными изотопами выделяют на порядок большую энергию. Помимо этой области, альфа-распад ряда изотопов имеет огромное значение в производстве и применении разнообразных нейтронных источников, в которых используется альфа-нейтронная ядерная реакция с бериллием:

$\ ^4_2He+ \ ^{9}_{4}Be \rightarrow ^{12}_{6}C + ^1_0n$

Наиболее технологически отработанные полоний-бериллиевый, Плутоний-238-бериллиевый источники нейтронов используются в самых разнообразных научных областях исследования, при нейтронно-активационных анализах вещества, при нейтронном каротаже буровых скважин и др.

См.также

• Бета-распад

Ссылки

• Альфа-распад (научная сеть)
• Альфа-распад

Литература

• Кюри. М., Радиоактивность, перевод с франц., М.-Л., 1947.г.
• Мурин. А. Н., Введение в радиоактивность, Л., 1955.г.
• Перлман. И., Расмуссен. Дж., Альфа-радиоактивность, перевод с англ., М., 1959.г.
• Флёров. Г. Н., Донец. Е. Д., Друин. В. А., Спонтанное деление и синтез далёких трансурановых элементов, Атомная энергия, 1963.г.