Бета-распадом называют самопроизвольный процесс, в котором исходное ядро превращается в другое ядро с тем же массовым числом A, но с зарядовым числом Z, отличающимся от исходного на ±1.
Различают три разновидности β-распада:
1) электронный β- - распад, в котором ядро испускает электрон и его зарядовое число становится Z+1
2) позитронный β+ - распад, в котором ядро испускает электрон и его зарядовое число становится Z-1
3) K-захват, котором ядро захватывает один из электронов электронной оболочки атома (обычно из K-оболочки) (Z-1). На освободившееся место переходит электрон, что сопровождается рентгеновским излучением.
Энергия бета – распада.
При β- - распаде ядро с порядковым номером Z распадается по схеме
M(Z) → M(Z + 1) + me
где M – масса ядра. Однако в таблицах всегда приводится массы атомов (нуклидов).
Для масс нуклидов:
MM(Z) → MД(Z + 1)
Zme = (Z + 1)me - me
Отсюда энергия β- - распада
Q = MM - MД
Аналогично для β+ - распада
M(Z) → M(Z - 1) + me
+ Zme = (Z - 1)me + me
---------------------------------------
MM → MД + 2me
следовательно, при β+-распаде:
Q = MM - MД + 2me
В случае K-захвата
M(Z) + me → M(Z - 1)
+ Zme - me = (Z - 1)me
---------------------------------------
MM(Z) → MД(Z - 1)
и энергия, выделяющаяся при K-захвате
Q = MM - MД
Следует отметить, что для распада необходимо, чтобы выполнялось условие протекания процесса Q>0.
Распределение электронов по энергиям
Общим свойством всех бета-спектров является плавность и предельная кинетическая энергия, на которой спектр прерывается.
Энергия Kмакс соответствует
Q = MM - MД
при этом спектр регистрирует около 1/3 выделяемой при распаде энергии.
Открытие нейтрино
Возникшую в свое время «проблему бета-распада» решил Паули, предположивший, что вместе с электроном испускается электрически нейтральная частица. Ее назвали нейтрино ν.
Факт подтверждающий существование нейтрино — закон сохранения момента импульса.
Бета-распад процесс не внутреядерный, внутринуклонный.
Три разновидности бета – распада
n → p + e- + ν β--распад
p → n + e+ + ν β+-распад
e- + p → n + ν K-захват
Спин нейтрона, протона и электрона равен 1/2, если бы нейтрон распадался только как
n → p + e-
то суммарный спин был бы равен 1 либо 0, чтобы отличаться от спина предыдущей частицы. Спин третьей частицы должен быть равен либо 1/2 либо 3/2.
Первая теория β-распада был предложен а Ферми в 1934.
По Ферми электроны и нейтрино рождаются в ядрах в процессе взаимодействия нуклонов с электронно-нейтринным полем, окружающем нуклоны.
β-распад — результат 4-фермионного взаимодействия, который получил название слабого взаимодействия.
Слабое взаимодействие проявляется в большом времени жизни τ≈10-10 с.
Радиус слабого взаимодействия R≈2 *10-16см
Cхема распада нейтрона и протона:
Схема распада нейтрона и протона с учетом кварковой структуры: