Бета ыдырау. Бета ыдырау трлері

Бета ыдырау тсінігі ш ядролы трленуден трады: электронды (^-) ыдырау, позитронды (⁺) ыдырау жне электронды армау. Мндай трлену кезінде массалы сан (А) згермей, реттік нмірі (Z+1) бір бірлікке згереді жне бета блшегі немесе позитрон блініп шыады:

_ZX^A _Z+1Y^A+e^-+ (5.8.1)

 

_ZX^A _Z-1Y^A+e⁺+ (5.8.2)

 

Сонымен атар нейтрон протона ыдыраанда бета блшегі блінеді:

- электронды ыдырау

немесе - позитронды ыдырау(5.8.3)

- электронды армау орындалады.

Олай болса бета трлену кезінде (5.8.1) формуладаы _ZX^A - ядро баса изобаралы ядроа (рпаты _Z+1Y^A) айналады.

азіргі кзарас бойынша бета ыдырау арапайым блшектерді нзік серлесуінен туады. Ол кварктерді зара трленуіне сйкес келеді. Электронды ыдырау кезінде бір d- кварк U- кварка, позитронды ыдырауда бір U- кварк d- кварка айналады.

Жоарыда айтылан альфа ыдыраудаыдай бета трленуде де кез келген здігінен трлену сияты, энергияны тиімділік шарты орындалса, яни бастапы жйені массасы аыры жйені массасынан арты болса ана теді.

Электронды ыдырауды, масса бойынша арастырса

 

_ZМ^А_я>_Z+1M^A + m_e (5.8.4)

 

мндаы М_я- аналы ядро массасы, _Z+1М^A- рпаты ядро массасы, m_e - электронны массасы, m- нитринны массасы нлге те. Бл тесіздікті сйкес атомдар шін жазса:

 

_ZМ^А= _ZM^A +Zm_e (5.8.5)

 

_ZМ^А>_Z+1M^A(5.8.6)

деп алынады.

Позитронды ыдырау кезінде аналы ядро

 

_ZX^A _Z-1Y^A+ + (5.8.7)

масса бойынша

_ZМ^А>_Z-1M^A+m_e (5.8.8)

 

немесе _ZМ^А>_Z-1M^A+2m_e (5.8.9)

 

Олай болса позитронды шыару ммкіндігі болу шін, атомды масса айырмашылытары 2m_e-ге арты болу керек, онда байланыс энергиясы

 

(5.8.10)

 

Электронды армауда да, ядрода протондар артышылыы орындалады. Бл былыста ядроны бір протоны электронды армап нейтрона трленеді де р+е^-n+ядро орныты кйге кшеді. Электронды ядро армаында _ZX^A+е^-_Z-1Y^A+ немесе _ZМ^А_я+ m_e>_Z-1M^A_я немесе _ZМ^А>_Z-1М^А, оны энергетикалы ммкіндік шарты:

 

_ZМ^А_я+ m_e- _Z-1М^А немесе _ZМ^А- _Z-1M^A (5.8.11)

 

мндаы -атомдаы К-электронны байланыс энергиясы (а.б.м.). _к-энергетикалы бірліктегі энергия.

Энергетикалы трыдан К-армау, позитронды ыдыраудан тиімдірек болады. Сондытан кез келген позитронды ыдыраумен бірге К-армау абаттасып теді. Онда (5.8.9) жне (5.8.11) тедеулер бойынша

 

_Z-1М^А+2m_e>_ZМ^А>_Z-1М^А (5.8.12)

 

болып, К-армау рсат етілсе, онда позитронды ыдырау тиімсіз болады.

Мысалы: ₄Ве⁷ ядросыны армауын арастырайы:

₄Ве⁷+е^-₃Li⁷+

Массаны жне зарядты саталу заы орындалады.

Атом ядросыны физикасында ызыты рі маызды бета ыдырау мселесі, мынадай себептерден болады:

1) Бета ыдырау ядролы трлену процесі (тараан процесс) болып табылады. 1965 жылды ортасына дейін бета радиоактивті изотоптарды 1200-ден астамы белгілі болды.

2) Бета радиоактивтілікті зерттегенде серлесуді жаа типтері кездеседі, ол нзік серлесулер олар бета ыдырау жне арапайым блшектерді ыдырауында жауапты. Керісінше нуклондар, гиперондар жне мезондар арасында кшті серлесулер болады. Осы серлесу нуклондар аралыындаы ядролы кшпен тсіндіріледі. лсіз серлесулер ядролы серлесулер мен электромагниттік серлесулерден де аз болады.

3) Бета электрондарды энергия спектріні формасын зерттей отырып бета ауысу кезіндегі импульс моментіні згеруін жне ядро жптылыы туралы млімет алуа болады.

Бета ыдырау арылы, ыдырау тратысын (), жартылай ыдырау аралыын (Т), бета активті ядроны орташа мір сру уаытын () анытауа болады:

(5.8.13)

Бета ауысулар арылы жартылай ыдырау аралыыны ке интервалдаы мндері (0,025сек ₅Ве¹²-бор; 4·10¹²жыл ₇₅Re¹⁸⁷-рений) зерттеліп аныталды.

Бета ыдырау кезінде шыарылан электрондарды энергия спектрі ттас болады. Бета спектрді жоары шекарасындаы максималь энергиясы - ₀ траты, оны рбір радиоактивті изотоптар шін белгілі мні болады. Кдімгі ядродан бета блшегі ыдыраанда гамма-сулесі шыады, оны энергиясы дискрет мнге ие болады. Одан баса атомны электронды абатынан электронды ішкі абата шыарып конверсиялайды, ол энергияны сызыты спектрін тзеді.

 

Гамма сулелену

Гамма-сулелену те жоары энергиялы фотондар болып табылады. Гамма сулелену деп ядроларды здігінше гамма-сулесін шыаруды айтамыз. Гамма-квант шыару кезінде ядро озан кйден энергияны аз кйге кшеді. Ядро озан кйден негізгі кйге бірден гамма квант шыарып ауысады, немесе сатылап біртіндеп бірінен кейін біріне бірнеше гаммалы квант шыару арылы теді. Гамма-сулесі ысатолынды (10^-10) электромагниттік суле болып табылады. Фотон сияты гамма-кванттара энергия жне импульс сйкес келеді. Гамма сулесіні толынды асиеттерінен грі блшектік асиеттері басымыра сезіледі.

Гамма сулесіні спектрі сызыты болады. Гамма кванттардарды энергиясы 10Кэв пен 5Мэв ( аралыында жатады. Ядролы реакция кезінде гамма-квантты сулелену энергиясы 20Мэв дейін жетеді.

Демек шыарылатын фотондарды энергиясы бірнеше килоэлектронвольттан бірнеше мегаэлектронвольта дейін згере алады. Тек берілген ыдырауа сйкес келетін гамма-суленуді заряды болмайтындытан, гамма ыдырау кезінде бір химиялы элементтен, екінші химиялы элементке трленулер жрмейді.

Ядро бір блшекпен серпімсіз сотыысу кезінде, ол озан кйге кшеді. Радиоактивтік ыдырау нтижесінде пайда болатын рпаты ядро кбіне озан кйде пайда болады.

Гамма-квантыны энергия млшері, ядро дегейлеріні энергияларыны айырмасымен аныталады. Гамма-сулеленуді физикалы табиаты кез келген электромагниттік сулеленуге (рентгендік сулелену крінетін жне ультраклгін сулеленуге т.б.) сйкес келеді. Жмса, энергиясы 10⁵-ке эвте гамма сулесіні сипаттаушы рентген сулесінен зіні шыысынан баса ешандай згешелігі болмайды. Бл сулелену гамма сулесі деп аталады. Табии радиоактивті зерттеуде альфа жне бета сулелерінен айырмашылыы бл электр жне магнит рістерінде ешандай ауытулар болмайды. азіргі тада кейде квант энергиясы 100 Кэв-тан арты болса, онда "гамма-сулесі" терминнін кез келген электромагниттік сулелену белгісіне пайдалануа болады.

Ядроны озан кйдегі ауысулары нтижесінде гамма-сулесін шыарады, оны радиациялы ауысулар деп атаймыз. озан ядроны ауысуын арастыранда, энергиясы аз кйді зінде гамма-кванттары шыарылады. Одан рі арастыранда бл ауысулар квантты теория негізінде ткізіледі.

Квантты энергия млшері, радиациялы кшу тетін ядроны энергия дегейлеріні айырмасымен аныталады. Энергия мен импульсті саталу заына сйкес тыныштытаы ядроны сулеленуі шін:

Е=Е+Т_яд

0=Р + Р_яд (5.9.1)

мндаы Е мен Е -сйкес ядроны кшу энергиясы мен гамма -квант энергиясы, Р-гамма квант импульсы, Т_яд мен Р_яд -ядроны тебілу энергиясымен импульсы. Осылардан ядроны тебілу энергиясы мынадай формуламен рнектеледі:

 

(5.9.2)

 

бл те аз шама, болады. Яни, сулелену энергиясы ттасымен гамма кванта беріледі.

Егер ядроны озу энергиясы альфа, бета немесе нуклондар шыаруа жеткілікті болса, онда ядрода осы былыстар теді де гамма-сулесі шыпайды.

Кейде ядроны озу энергиясы нуклонды ыдырауа немесе бас ядролы былыса жеткілікті боланны зінде де гамма-сулелену басымдау болуы ммкін.