Методичні вказівки до лабораторних робіт з радіаційної фізики (частина 1)

Можливий ще один вид бета-розпаду, який називається електронним захоп- ленням. Ядро захоплює один з електронів електронної оболонки і відбувається ядерне перетворення. Такий вид бета-розпаду спостерігається також для  

                                                       .                                                (6)

Як видно з (6) при цьому виді розпаду бета-випромінювання нема. Випромінюється лише нейтрино, яке не є іонізуючою частинкою. Розпаду (6) відповідає внутрішньонуклонне перетворення

                                                         .                                                        (7)

При радіактивному розпаді виконується закон збереження моменту імпульсу. Всі частинки, які приймають участь в β-розпаді мають власний момент імпульсу (спін) рівний  . Згідно з законом квантової механіки спіни різних частинок (при спіновому квантовому числі  ) можуть складатись або паралельно, або антипаралельно. Тому перетворення нуклонів (1), (4) і (7) неможливі при відсутності нейтрино або антинейтрино. Виконання закону збереження моменту імпульсу при β-розпаді з утворенням нейтрино, або антинейтрино було до експериментального виявлення цих частинок вагомим аргументом їх існування.

Дослідження спектру енергій β-частинок показує, що цей спектр неперервний (рис.1). Величина f(Ее) дорівнює кількості β-частинок, що припадає на одиничний інтервал кінетичних енергій. Якщо кількість β-частинок з енергіями в інтервалі від Ее до Ее+dЕе дорівнює dN, то  . Спектр енергій обмежений максимальною енергією Em. Неперервний характер спектру пояснюється тим, що при кожному акті β-розпаду виділяється енергія Em, але вона випадковим способом ділиться між β-частинкою і нейтрино (або антинейтрино).На основі законів збереження енергії і імпульсу теоретично знаходиться функція f(Ee) у вигляді

                     .            (8)

У цьому співвідношенні N0 – загальна кількість β-частинок, які випромінюються, В – деяка постійна величина. Спектр виду (8) з постійним значенням величини В називається дозволеним. Дослід показує, що не завжди спектр енергій β-частинок є дозволеним. Він є таким у тому випадку, коли конфігурація нуклонів в ядрі не змінюється.

Дослід показує, що потоки β-частинок можуть проходити через речовину, при цьому енергія β-частинок поступово зменшується. Це зменшення енергії відбувається внаслідок двох механізмів втрат енергії. Бета-частинки, проходячи через речовину, взаємодіють з електронами і ядрами речовини. Переважаючою є взаємодія з електронами, оскільки електронів в Z раз більше (атомний номер речовини). Крім того, маса ядер і β-частинок сильно відрізняється, тому при пружній взаємодії від β-частинки до ядра передається порівняно невелика частина енергії. При взаємодії β-частинки з електронами атома частина енергії β-частинки може бути передана електрону, в результаті чого електрон відривається від атома. Відбувається іонізація атома. Втрати енергії, зумовлені іонізацією речовини, називають іонізаційними.

Іонізаційні втрати β-частинок (електронів) можуть бути розраховані за формулою Бете. В системі СІ

                                                       ,                                                 (9)

   ,   (10)

де  ,   – електрична постійна, І – середній іонізаційний потенціал (середня енергія іонізації), m – маса спокою електрона, υ – швидкість, n – концентрація атомів. Величина   називається питомими іонізаційними втратами і рівна втратам енергії на одиниці довжини шляху х.

Проаналізуємо, як можуть змінюватись питомі іонізаційні втрати для різних речовин. Враховуючи, що

                                                              ,                                                        (11)

де   – молярна маса, NA – число Авогадро, ρ – густина речовини. Для хімічно простих речовин  . Тоді з (11) отримаємо

                                                             .