Фундаментальная радиохимия. Николай Дмитриевич Бетенеков
относительно легких четно-четных радионуклидов, имеющих массовое число менее 240, как правило, характерен альфа-распад с образованием дочернего нуклида в основном состоянии. При распаде ядер других типов чаще всего образуются нуклиды с возбужденным состоянием дочернего ядра.
В первом случае радионуклиды, например, 210Po, испускают альфа-частицы с определенной энергией. Во втором случае радионуклид обычно испускает группу альфа-частиц с несколько различными, но вполне определенными значениями энергии. Таким образом, спектры излучения альфа-частиц являются дискретными.
Помимо ядер гелия α-активные радионуклиды, как правило, излучают еще и γ-кванты («жесткое» электромагнитное излучение), порождаемое возбужденными дочерними ядрами. Спектр γ-излучения тоже дискретен.
Примером радионуклида, имеющего сложный дискретный спектр α– и γ-излучения, является один из природных изотопов тория, 228Th (рис.1).
Диапазон энергий альфа-частиц, испускаемых радионуклидами, довольно широк: от 1,83 МэВ у 144Nd до 11,7 МэB у 212Po, но у подавляющего числа α-активных радионуклидов эта энергия находится в интервале значений 4–9 МэВ. За небольшими исключениями значения периодов полураспада α– активных ядер лежат внутри громадного диапазона: ~10–7с < T1/2< – 1010 лет, но, например, у 144Nd даже T1/2 = 5•1015 лет.
Данный вид распада представляет собой ядерное превращение радионуклида в нуклид-изобар; при этом значение заряда ядра (Z) изменяется на ±1. При β – распаде в ядре происходит превращение одного из нейтронов в протон:
1n → 1p + e – + v̄ + ΔE ,
где n и p соответственно символы нейтрона и протона; e – – электрон ядерного происхождения, т.е. β – частица; v̄ – антинейтрино. При этом образовавшийся протон остается в ядре, которое становится ядром нового (образовавшегося дочернего) радионуклида, а электрон (β – частица) и антинейтрино покидают ядро, что и составляет бета-излучение.
Этот процесс не следует отождествлять с «распадом» свободного нейтрона, который имеет период полураспада – 12,5 минут. В случае β- распада скорость превращения нейтрона в протон внутри ядра для каждого радионуклида является строго индивидуальной характеристикой; не существует двух различных радионуклидов с одинаковыми значениями периода полураспада.
Известен так называемый простой бета-распад, при котором все ядра радионуклида после испускания β – частицы переходят в одинаковое энергетическое состояние (основное состояние). Примером такого случая может служить распад одного из радионуклидов фосфора:
Более сложным является случай, когда ядра, образовавшиеся вследствие распада, оказываются в различных возбужденных состояниях, что в соответствии с законами квантовой механики моделируется несколькими дискретными уровнями энергии; среди них может оказаться и основной уровень ядра. В большинстве случаев переход нуклида из возбужденного состояния в основное происходит путем испускания (эмиссии) гамма-квантов, уносящих избыток энергии (подробнее об этом ниже).
Типичный энергетический спектр