Взаимодействие обеспечивает распад нейтрона. Нейтронный распад

Редкие каналы распада

Данный канал распада реализуется с вероятностью 0,32 ± 0,16 % . Этот результат пока ожидает подтверждения другими группами исследователей. Спектр гамма-квантов должен лежать в диапазоне от 0 до 782 кэВ и зависеть от энергии (в первом приближении) как E −1 . С физической точки зрения, этот процесс представляет собой тормозное излучение образующегося электрона.

Должен существовать также канал распада свободного нейтрона в связанное состояние - атом водорода

Однако из экспериментов известно лишь, что вероятность такого распада меньше 3 % (парциальное время жизни по этому каналу превышает 3·10 4 с) . Теоретически ожидаемая вероятность распада в связанное состояние по отношению к полной вероятности распада равна 3,92·10 −6 . Связанный электрон для выполнения закона сохранения углового момента должен возникать в S -состоянии (с нулевым орбитальным моментом), в том числе с вероятностью ≈84 % - в основном состоянии, и 16 % - в одном из возбуждённых S -состояний атома водорода .

См. также

Примечания

Литература

• Б. Г. Ерозолимский (1975). «Бета-распад нейтрона ». Успехи физических наук 116 (1): 145–164.

Wikimedia Foundation . 2010 .

Смотреть что такое "Бета-распад нейтрона" в других словарях:

Диаграмма Фейнмана для бета распада нейтрона на протон, электрон и электронное антинейтрино при участии виртуального тяжёлого W бозона Бета распад нейтрона спонтанное превращение свободного нейтрона в протон с излучением β частицы (электрона) и… … Википедия

У этого термина существуют и другие значения, см. Бета. Ядерная физика … Википедия

- (b распад). самопроизвольные (спонтанные) превращения нейтрона n в протон р и протона в нейтрон внутри ат. ядра (а также превращение в протон свободного нейтрона), сопровождающиеся испусканием эл на е или позитрона е+ и электронных антинейтрино… … Физическая энциклопедия

Самопроизвольные превращения нейтрона в протон и протона в нейтрон внутри атомного ядра, а также превращение свободного нейтрона в протон, сопровождающееся испусканием электрона или позитрона и нейтрино или антинейтрино. двойной бета распад… … Термины атомной энергетики

Бета распад, радиоактивные превращения атомных ядер, в процессе к рьхх ядра испускают электроны и антинейтрино (бета распад) либо позитроны и нейтрино (бета+ распад). Вылетающие при Б. р. электроны и позитроны носят общее назв. бета частиц. При… … Большой энциклопедический политехнический словарь

Самопроизвольное превращение ядер, сопровождающееся испусканием (или поглощением) электрона и антинейтрино или позитрона и нейтрино. Известны типы бета распада: электронный распад (превращение нейтрона в протон), позитронный распад (протона в… … Большой Энциклопедический словарь

Бета-распад - (β распад) радиоактивные превращения атомных ядер, в процессе которых ядра испускают электроны и антинейтрино (β распад) либо позитроны и нейтрино (β+ распад). Вылетающие при Б. р. электроны и позитроны носят общее название бета частиц (β частиц) … Российская энциклопедия по охране труда

- β распад, радиоактивный распад атомного ядра, сопровождающийся вылетом из ядра электрона или позитрона. Этот процесс обусловлен самопроизвольным превращением одного из нуклонов ядра в нуклон другого рода, а именно: превращением либо… … Большая советская энциклопедия

- {{бета расп{}а{}д}} а; м. Физ. Радиоактивное превращение атомного ядра, при котором испускаются электрон и антинейтрино, либо позитрон и нейтрино. * * * бета распад (β распад), самопроизвольное превращение ядер, сопровождающееся испусканием (или… … Энциклопедический словарь

- (В распад), самопроизвольное превращение атомных ядер, сопровождающееся испусканием (или поглощением) электрона и антинейтрино или позитрона и нейтрино. Известны типы Б. р.: электронный распад (превращение нейтрона в протон), позитронный распад… … Естествознание. Энциклопедический словарь

Книги

• О проблемах излучения и вещества в физике. Критический анализ существующих теорий: метафизичность квантовой механики и иллюзорность квантовой теории поля. Альтернатива - модель мерцающих частиц , Петров Ю.И.. Книга посвящена анализу проблем единства и противостояния понятий "волна" и"частица" . В поисках решения этих проблем тщательно анализировались математические основы фундаментальных…

Экспериментально обнаружен новый тип распада нейтрона — радиационный бета-распад. Это открытие стало возможным благодаря развитию детекторов частиц низкой энергии.

Жизнь большинства известных на сегодня элементарных частиц ярка и быстротечна. Родившись в реакции столкновения протонов или электронов вместе с разнообразными собратьями, они успевают пролететь микроскопическое расстояние и тут же распадаются на другие частицы. Конечные состояния их распада (как говорят физики, каналы распада ) могут быть самые разнообразные; главное — чтобы не нарушились фундаментальные законы физики (законы сохранения заряда, энергии и т. д.). У некоторых частиц таких каналов распада известно уже более ста.

Лишь небольшое число частиц живет достаточно долго, чтобы вступить, скажем так, в непосредственный контакт с окружающим миром. За время своей жизни они успевают пролететь существенную дистанцию: сантиметры, метры, и совсем уж в редких случаях — километры, но и они, по человеческим меркам, распадаются очень быстро — за какие-то доли секунды.

И вот, после более чем полувековой истории изучения этой частицы, физики, похоже, смогли обнаружить второй тип распада нейтрона . В препринте российско-бельгийско-немецкой группы исследователей nucl-ex/0512001 сообщается об успешном наблюдении радиационного бета-распада нейтрона, т. е. его распада на протон, электрон, антинейтрино и фотон . Зарегистрировать такой распад удалось с помощью техники тройного совпадения: одновременного вылета электрона и фотона и измерения импульса отдачи, получаемого протоном.

Вообще говоря, для теоретиков это открытие не является сюрпризом. Известно, что во всех типах реакций с заряженными частицами (а протон и электрон электрически заряжены) могут вылетать и фотоны, «в нагрузку» к остальным частицам. Однако наблюдение этого распада в случае нейтрона оказалась очень сложной с технической точки зрения задачей. Ведь все вылетающие частицы имеют очень небольшие энергии, и поэтому их трудно «уловить» детекторами.

Предыдущая попытка той же самой группы в 2002 году найти этот распад окончилась неудачей: точности регистрирующей аппаратуры не хватало для его обнаружения. Сейчас же, после апгрейда детекторов и улучшения процедуры обработки данных, исследователи наконец-то обнаружили, что в среднем в одном из трехсот случаев свободные нейтроны предпочитают распадаться с испусканием фотона.

Точность проведенного эксперимента пока невелика, и может статься (хотя вероятность этого мала), что весь обнаруженный «сигнал» — это лишь результат случайного наложения фоновых процессов. Однако авторы замечают, что возможно дальнейшее усовершенствование методики, которое позволит достичь 10-процентной точности измерения вероятности этого распада.

БЕТА-РАСПАД НЕЙТРОНА, превращение свободного нейтрона n в протон р, электрон е и электронное антинейтрино v? e , вызываемое слабым взаимодействием: n → р + е - + v? e . Энергия, высвобождаемая в этом процессе, составляет 783 кэВ; она распределяется в основном между разлетающимися в разные стороны электроном и антинейтрино, а протон уносит от 0 до 751 эВ.

Первые опыты, в которых обнаружено существование бета-распада нейтрона и получены первые оценки времени жизни нейтрона (т. е. времени, в течение которого число нейтронов убывает в е раз), были сделаны А. Снеллом (США), Г. Робсоном (Канада) и П.Е. Спиваком (СССР) в конце 1940-х годов, когда появились ядерные реакторы с интенсивными потоками нейтронов. В этих опытах измерялось число протонов или электронов, вылетающих из выделенной области нейтронного пучка, и число нейтронов в этой области. С тех пор изучение бета-распада нейтрона - процесса, в котором свойства слабого взаимодействия проявляются практически в чистом виде, - интенсивно продолжается.

Современная теория элементарных частиц (так называемая стандартная модель) рассматривает этот процесс как результат превращения одного из двух d-кварков, входящих в состав нейтрона и обладающих отрицательным зарядом, равным 1/3 заряда электрона, в и-кварк с зарядом + 2/3 заряда электрона. При этом возникает частица - переносчик слабого взаимодействия - векторный W - -бозон, который практически мгновенно распадается на электрон и антинейтрино. Т.о., схема процесса распада такая:

Основными величинами, определяющими бета-распад нейтрона, являются время жизни нейтрона τ n и четыре константы (угловые корреляции), характеризующие зависимости вероятности распада от:

1) угла ме-жду направлениями вылета электрона и антинейтрино с импульсами р с и р v ? e ,

2) угла между р е и спином нейтрона σ n

3) угла между р v ? e и σ n и

4) угла между нормалью к плоскости распада и σ n .

Вторая и третья угловые корреляции нарушают незыблемый в классической физике закон сохранения пространственной чётности (независимость законов природы от зеркального отражения координат), а последняя, если бы была обнаружена, означала бы нарушение инвариантности законов при обращении времени.

К началу 21 века осуществлено более 25 измерений времени жизни нейтрона различными методами. В результате установлено, что среднее время жизни нейтрона τ n = 885,7 ±0,7 с. Наиболее точные значения τ n были получены методом хранения ультрахолодных нейтронов, которые могут долго находиться в замкнутых объёмах, ограниченных слабо поглощающими стенками или специальными конфигурациями магнитного поля. При этом непосредственно измерялось убывание числа ультрахолодных нейтронов со временем.

Результаты измерений констант угловых корреляций на современном уровне точности эксперимента не противоречат теории. Тем не менее, попытки обнаружить какие-либо эффекты, которые свидетельствовали бы о необходимости выхода за пределы стандартной модели, продолжаются.

Дальнейшее уточнение времени жизни нейтрона и констант угловых корреляций важно также для астрофизики и космологии: эти данные используются в теории эволюции Вселенной после Большого взрыва и в описании процессов, идущих внутри звёзд и определяющих их энергетику.

Лит.: Ерозолимский Б. Г. Бета-распад свободного нейтрона // Современные методы ядерной спектроскопии. 1986. Л., 1988; Александров Ю. А. Фундаментальные свойства нейтрона. 3-е изд. М., 1992.

Б. Г. Ерозолимский.

Основные формулы и определения

● В физике известны четыре вида фундаментальных взаимодействий тел:

1) Сильное , или ядерное , взаимодействие обусловливает связь между нуклонами атомного ядра. Нуклоны – общее название протонов и нейтронов, из которых построены все атомные ядра;

2) Электромагнитное взаимодействие существует между частицами, имеющими электрический заряд. Оно осуществляется путем обмена квантами электромагнитного излучения – фотонами ;

3) Слабое взаимодействие осуществляется между элементарными частицами, оно ответственно за их распад и обнаруживается в процессах, связанных с испусканием или поглощением нейтрино;

4) Гравитационное взаимодействие существует между любыми телами и выражается в их взаимном притяжении с силой, зависящей от масс тел и расстояния между ними.

● Атомное ядро состоит из протонов и нейтронов, называемых нуклонами. Протон (p ) имеет положительный заряд, равный заряду электрона, нейтрон (n ) – нейтральная частица. Общее число нуклонов в ядре называют массовым числом

Атомное ядро характеризуется зарядовым числом Z , которое равно числу протонов в ядре и совпадает с порядковым номером элемента в периодической системе элементов Менделеева. Ядро обозначается тем же символом, что и нейтральный атом: A Z X , где X – символ химического элемента; Z – атомный номер (число протонов в ядре); А – массовое число (число нуклонов в ядре). В ядерных реакциях сохраняются общее число нуклонов и электрический заряд.

● Притяжение между нуклонами называется сильным (или ядерным) взаимодействием. Сильное взаимодействие является короткодействующим (~10–15 м). Одновременно между протонами, имеющими положительный заряд, действуют кулоновские силы отталкивания, т. е. электромагнитные силы, которые являются дальнодействующими. При нарушении баланса между количеством протонов и нейтронов ядра становятся нестабильными. Для легких

и средних ядер характерен бета-распад, для тяжелых – альфа-распад. При заряде ядра Z >

● При радиоактивном распаде испускается излучение трёх видов:

α-излучение – поток ядер атомов гелия (4 2 Не);

β -излучение – поток электронов (–1 0 e);

γ-излучение – поток квантов электромагнитного излучения, испускаемых атомными ядрами при переходе из возбужденного состояния в основное.

При единичном α-распаде массовое число А изотопа уменьшается на 4, а зарядовое число Z уменьшается на 2. При единичном β – -распаде массовое

число А не изменяется, а зарядовое число Z увеличивается на 1. При γ- излучении массовое число А и зарядовое число Z не изменяются.

● Элементарные частицы объединены в три группы: фотоны, лептоны и адроны.

3. u , d , s , c , b , t – и соответствующих им шести антикварков. Кварки имеют полуцелый спин и несут дробный электрический заряд.

Укажите квантовую схему, соответствующую гравитационному взаимодействию.

Варианты ответов:

В физике известно четыре вида фундаментальных взаимодействий тел. Рассмотрим их по мере уменьшения интенсивности.

Сильное , или ядерное , взаимодействие обусловливает связь между нуклонами атомного ядра. Нуклоны – общее название протонов и нейтронов, из которых построены все атомные ядра. Переносчиками сильного взаимодействия являются глюоны – электрически нейтральные частицы со спином, равным единице, и с нулевой массой покоя.

Электромагнитное взаимодействие существует между частицами, имеющими электрический заряд. Оно осуществляется путем обмена квантами электромагнитного излучения – фотонами .

Слабое взаимодействие осуществляется между элементарными частицами, оно ответственно за их распад, например, распад нейтронов и приводит, в частности, к бета-распаду атомных ядер. Переносчиками слабых

взаимодействий являются кванты слабого поля – промежуточные бозоны W + , W

– , Z 0.

Гравитационное взаимодействие существует между любыми телами и выражается в их взаимном притяжении с силой, зависящей от масс тел и расстояния между ними. Гравитационное взаимодействие осуществляется благодаря обмену гравитонами . Теоретическое понятие «гравитон» – это квант гравитационного поля.

Ответу на вопрос теста 8-1 соответствует рисунок варианта 4. Ответ : вариант 4.

Задание С8-1 для самостоятельного решения

Электрослабое взаимодействие соответствует объединению схем…

Варианты ответов:

В процессе электромагнитного взаимодействия принимают участие…

Варианты ответов:

1) нейтрино; 2) нейтроны; 3) фотоны.

Фотоны являются квантами электромагнитного излучения, поэтому они принимают участие в процессе электромагнитного взаимодействия.

Ответ : вариант 3.

Задание С8-2 для самостоятельного решения

В процессе сильного взаимодействия принимают участие...

Варианты ответов:

1) электроны; 2) нуклоны; 3) фотоны.

Задание С8-3 для самостоятельного решения

Распад нейтрона объясняется существованием...

Варианты ответов:

1) слабого взаимодействия; 2) сильного взаимодействия;

3) электромагнитного взаимодействия.

Задание С8-4 для самостоятельного решения

В процессе гравитационного взаимодействия принимают участие...

Варианты ответов:

1) только нуклоны; 2) все элементарные частицы;

3) только частицы, имеющие нулевую массу покоя.

Задание С8-5 для самостоятельного решения

В процессе сильного взаимодействии не принимают участия...

Варианты ответов:

1) фотоны; 2) протоны; 3) нейтроны.

α-излучение представляет собой поток...

Варианты ответов:

1) квантов электромагнитного излучения, испускаемых атомными ядрами при переходе из возбужденного состояния в основное;

2) электронов; 3) протонов; 4) ядер атомов гелия; 5) позитронов.

При радиоактивном распаде испускается излучение трёх видов:

α-излучение – поток ядер атомов гелия;

Излучение – поток электронов;

γ-поток квантов электромагнитного излучения, испускаемых атомными ядрами при переходе из возбужденного состояния в основное.

Таким образом, α-излучение представляет собой поток ядер атомов гелия. Ответ : вариант 4.

Задание С8-6 для самостоятельного решения

β + -излучение – это поток… См. варианты ответов к тесту 8-3.

Задание С8-7 для самостоятельного решения

β – -излучение – это поток… См. варианты ответов к тесту 8-3.

На рис. 138 показана область существования β -активных ядер. Прямая линия соответствует равновесным значениям Z β , соответствующим β -ста-

Рис. 138

бильным ядрам. Здесь Z – порядковый номер элемента, а N – число нейтронов в ядре. В области Z < Z β …

Варианты ответов:

1) β – -активны;

2) β – -активны;

3) Ядра обладают избытком нейтронов и β + -активны;

4) Ядра обладают избытком протонов и β + -активны.

Ядра атомов состоят из нуклонов (общее название протонов и нейтронов). Притяжение между нуклонами называется сильным (или ядерным) взаимодействием.

Сильное взаимодействие является короткодействующим (~10–15 м). Одновременно между протонами, имеющими положительный заряд, действуют кулоновские силы отталкивания, т. е. электромагнитные силы, которые являются дальнодействующими. При нарушении баланса между количеством протонов и нейтронов ядра становятся нестабильными. Для легких и средних ядер характерен β -распад, для тяжелых – α-распад. При заряде ядра Z > 82 стабильных ядер не существует.

На рис. 138 область Z > Z β выше прямой линии, соответствующей равновесным значениям Z β , содержит ядра, в которых число протонов

преобладает над числом нейтронов. У этих ядер силы отталкивания между протонами превышают ядерные силы притяжения и ядра распадаются с испусканием позитрона β + . При этом число протонов уменьшается, а число нейтронов растет.

В области Z < Z β ниже прямой стабильности ядер число нейтронов превышает число протонов, и ядра распадаются с испусканием электрона β – .

Таким образом, в области Z < Z β ядра обладают избытком нейтронов и β – - активны, что соответствует варианту 2.

Ответ : вариант 2.

Задание С8-8 для самостоятельного решения

Для изотопов различных элементов определите β -активность и избыток соответствующих нуклонов, если распад изотопов различных элементов происходит согласно реакции:

11 6 С → β + + 11 5 В; ядра изотопа углерода 11 6 С обладают…

Варианты ответов те же, что в тесте 8-4.

Задание С8-9 для самостоятельного решения

14 6 С → β – + 14 7 N; ядра изотопа углерода 14 6 С обладают…

Варианты ответов те же, что в тесте 8-4.

Задание С8-10 для самостоятельного решения

13 7 N → β + + 13 6 С; ядра изотопа азота 13 7 N обладают…

Варианты ответов те же, что в тесте 8-4.

Задание С8-11 для самостоятельного решения

40 19 К → β – + 40 20 Са; ядра изотопа калия 40 19 К обладают…

Варианты ответов те же, что в тесте 8-4.

На рис. 139 показана кварковая диаграмма β – -распада нуклона.

Элементарные частицы объединены в три группы: фотоны, лептоны и адроны.

1. Фотоны – эта группа состоит всего из одной частицы – кванта электромагнитного излучения, обозначаемого буквой γ.

2. Лептоны (от греческого слова «лептос» – легкий). К лептонам

относятся, например, такие частицы, как электрон е – , имеющий заряд Q е = –1 и спин s е = 1/2, а также нейтральная частица нейтрино ν, имеющая нулевой заряд

и спин s ν = 1/2. Этим частицам соответствуют античастицы: позитрон е + и антинейтрино νR.

3. Адроны (от греческого слова «адрос» – крупный, сильный). К адронам относятся р – протон, п – нейтрон, Λ – гиперон, π – пионы и К – каоны. Частицы, входящие в группу адронов, состоят из кварков. В настоящее время установлено существование шести разновидностей кварков: u , d , s , c , b , t – и

соответствующих им шести антикварков. Кварки имеют полуцелый спин и несут дробный электрический заряд. Ниже приведено название кварков, их обозначение, в скобках указан дробный электрический заряд:

− Антикварки обозначаются буквой с волной и имеют противоположные по знаку электрические заряды. Из этих кварков и антикварков состоят все адроны.

Из кварковой диаграммы β -распада нуклона, приведенной на рис. 139, следует, что набор кварков (u d d ) в левой части диаграммы соответствует нейтрону (n ), так как его заряд, вычисленный, исходя из заряда кварков, Q n = 2/3 – 1/3 – 1/3 = 0. Набор кварков (d u u ) в правой части диаграммы, вычисленный, исходя из заряда кварков, соответствует протону (p ), так как его

Следовательно, кварковая диаграмма β -распада соответствует реакции: n → p +

е – + νRe .

Ответ : вариант 4.

Рассмотрим другой способ решения теста 8-5.

Проанализируем варианты ответов с точки зрения закона сохранения электрического заряда:

1) р → р + е – + νRe ; Q p = 1, Q е = –1, Q νR = 0, т. е. 1 = 1 – 1 + 0. Понятно, что для этой реакции закон сохранения заряда не выполняется, так как 1 ≠ 0.

Поэтому такая реакция невозможна;

2) р → n + е – + νRe ; Q p = 1, Q n = 0, Q е = –1, Q νR = 0, т. е. 1 = 0 – 1 + 0.

Понятно, что для этой реакции также не выполняется закон сохранения заряда;

3) n → n + е – + νRe ; Q n = 0, Q е = –1, Q νR = 0, т. е. 0 = 0 – 1 + 0. Реакция также невозможна;

4) n → p + е – + νRe . Закон сохранения заряда для этой реакции выполняется, так как 0 = 1 – 1 + 0. Поэтому такая реакция возможна.

Ответ : вариант 4.

На рис. 140 показана кварковая диаграмма распада Λ-гиперона.

Эта диаграмма соответствует реакции...

Варианты ответов:

1) Λº → n + π + ; 2) Λº → n + π – ; 3) Λº → p + π – ; 4) Λº → p + π º.

Элементарные частицы состоят из кварков. Вычислим заряд каждой частицы, участвующей в реакции. Для этого, воспользовавшись решением теста 8-5, запишем название и обозначения кварков, а в скобках укажем соответствующий заряд:

− Верхний u (+2/3) и нижний d (–1/3);

− Очарованный c (+2/3) и странный s (–1/3);

− Истинный t (+2/3) и красивый b (–1/3).

Антикварки обозначаются буквой с волной и имеют противоположные по знаку электрические заряды и некоторые другие характеристики.

Из кварковой диаграммы распада Λ-гиперона, приведенной на рис. 140, следует, что набор кварков (u d s ) в левой части диаграммы соответствует Λ- гиперону. Заряд гиперона, вычисленный исходя из заряда кварков, равен: Q Λ = 2/3 –

1/3 – 1/3 = 0.

Набор кварков (d u u ) в правой части диаграммы соответствует p -протону, т. к. его заряд Q p = –1/3 + 2/3 + 2/3 = 1. Набор кварков (d ũ ) соответствует частице с зарядом Q π = –1/3 – 2/3 = –1, т. е. π – -мезону. Таким образом, кварковая диаграмма распада Λ-гиперона соответствует реакции: Λº → p + π – .

Ответ : вариант 3.

Дополнительное задание

Проверьте самостоятельно, используя закон сохранения электрического заряда, выполнимость реакций, записанных в вариантах ответов в тесте 8-6, и выберите правильный ответ.

Задание С8-12 для самостоятельного решения

На рис. 141 показана кварковая диаграмма захвата нуклоном µ – -мюона.

Эта диаграмма соответствует реакции...

Задание С8-13 для самостоятельного решения

На рис. 142 показана кварковая диаграмма рождения странных частиц. Эта диаграмма соответствует реакции...

Варианты ответов:

Для нуклонов верными являются следующие утверждения:

Варианты ответов:

1) Оба нуклона нейтральны;

2) Масса протона больше массы нейтрона;

3) Спины нуклонов одинаковы;

4) Оба нуклона обладают отличными от нуля магнитными моментами.

Ядра атомов состоят из протонов и нейтронов, называемых нуклонами. Протон имеет массу m p = 1,00759 а.е.м., спин s p = 1/2, положительный электрический заряд, равный одному элементарному заряду Q P = e и магнитный момент µ p = +2,79µ Я , где µ Я = 5,0508 · 10–27 Дж/Тл – ядерный магнетон. Нейтрон имеет массу m n = 1,00879 а.е.м., спин s n = 1/2, электрический заряд, равный нулю, и магнитный момент µ n = –1,91 µ Я .

Следовательно, правильными ответами являются следующие утверждения:

3) спины нуклонов одинаковы;

4) оба нуклона обладают отличными от нуля магнитными моментами. Ответ : варианты 3 и 4.

Задание С8-16 для самостоятельного решения

Для нуклонов верными являются следующие утверждения.

Варианты ответов:

1) Оба нуклона в свободном состоянии стабильны. Массы протона и антипротона одинаковы;

2) Массы нуклонов одинаковы. Оба нуклона имеют античастицы;

3) Спины нуклонов и антинуклонов одинаковы. Заряды нейтрона и антинейтрона равны нулю;

4) Масса нейтрона больше массы антинейтрона. Магнитные моменты антинуклонов равны нулю.

Сколько α- и β – -распадов должно произойти, чтобы уран 238 92 U превратился в стабильный изотоп свинца 206 82 Pb ?

Варианты ответов:

2) 8 α-распадов и 6 β – -распадов; 4) 10 α-распадов и 4 β – -распада.

При распаде изотопа урана 238 92 U происходит ряд радиоактивных превращений. При этом испускаются α-частицы (ядра атома гелия 4 2 He ), β – -

частицы (электроны) и γ-лучи. Массовое число А и зарядовое число Z изменяются за счет α- и β – -распадов.

При единичном α-распаде массовое число А изотопа уменьшается на 4, а

зарядовое число Z уменьшается на 2. При единичном β – -распаде массовое число А не изменяется, а зарядовое число Z увеличивается на 1.

Тогда реакцию распада можно записать в виде:

238 92 U → X · 2 4 α + Y · –1 0 e + 206 82 Pb .

Общее число нуклонов и полный электрический заряд должны сохраняться. Тогда для определения числа распадов X и Y составим систему уравнений.

Для массового числа А : 238 = 4 · X + 206.

Отсюда: X = (238 – 206) / 4 = 8.

Для зарядового числа Z : 92 = 2 · X + (–1) · Y + 82.

Отсюда: Y = (82 – 92 + 2 · 8) = 6.

Следовательно, при превращении урана 238 92 U в стабильный изотоп свинца

206 82 Pb должно произойти 8 α-распадов и 6 β – -распадов. Ответ : вариант 2.

Задание С8-17 для самостоятельного решения

Сколько α- и β – -распадов должно произойти, чтобы торий 232 90 Th

Задание С8-18 для самостоятельного решения

Сколько α- и β – -распадов должно произойти, чтобы уран 235 92 U превратился

Неизвестный радиоактивный химический элемент самопроизвольно распадается по схеме: X → 36 91 Kr + 142 56 Ba + 3 n . Ядро этого элемента содержит…

Атомное ядро состоит из протонов и нейтронов, называемых нуклонами. Протон (p ) имеет положительный заряд, равный заряду электрона, нейтрон (n ) – нейтральная частица. Общее число нуклонов в ядре называют массовым числом

Атомное ядро характеризуется зарядовым числом Z , которое равно числу протонов в ядре и совпадает с порядковым номером элемента в периодической системе элементов Менделеева. Ядро обозначается тем же символом, что и

нейтральный атом: Z A X , где X – символ химического элемента; Z – атомный

номер (число протонов в ядре); А – массовое число (число нуклонов в ядре).

В ядерных реакциях сохраняются общее число нуклонов и электрический заряд. Заряд ядра неизвестного химического элемента равен суммарному заряду ядер элементов продуктов реакции: 36 + 56 = 92, поэтому число протонов в ядре неизвестного химического элемента равно: Z = 92. Аналогично массовое число неизвестного химического элемента равно: А = 91 + 142 + 3 = 236, а число нейтронов в ядре равно: А – Z = 236 – 92 = 144. Следовательно, ядро неизвестного химического элемента содержит 92 протона и 144 нейтрона.

Ответ : вариант 1.

Какая доля радиоактивных атомов распадется через интервал времени, равный двум периодам полураспада?

Варианты ответов:

1) 25 %; 2) 75 %; 3) все атомы распадутся; 4) 90 %; 5) 50 %.

Закон радиоактивного распада имеет вид: N = N 0 · e – λ·t , где N 0 – начальное число нераспавшихся ядер в момент времени t = 0; N – число нераспавшихся ядер в момент времени t ; λ – постоянная радиоактивного распада. Эта формула показывает, что число нераспавшихся ядер со временем убывает. Периодом полураспада Т 1/2 называется время, за которое исходное число радиоактивных ядер в среднем уменьшается вдвое. Тогда N 0 /2 = N 0 · e – λ · Т 1/2 . Откуда λ = ln2/Т 1/2 =

0,693/Т 1/2 .

N 0 . За время t 2 = 2Т 1/2 число нераспавшихся ядер равно:

Следовательно, через интервал времени, равный двум периодам полураспада, доля распавшихся радиоактивных атомов будет равна:

1 – N 2 /N 0 = 1 – 0,25 = 0,75 = 75 %.

Ответ : вариант 2.

Задание С8-19 для самостоятельного решения

Какая доля радиоактивных атомов не распадется через интервал времени, равный трём периодам полураспада?

Варианты ответов:

1) 25 %; 2) 75 %; 3) 6,25 %; 4) 12,5 %; 5) 50 %.

Задание С8-20 для самостоятельного решения

Какая доля свободных нейтронов распадется через 1 час, если период полураспада составляет 10 минут?

Варианты ответов:

1) 98,5 %; 2) 75,5 %; 3) 10,5 %; 4) 1,5 %.

Задание С8-21 для самостоятельного решения

Имеется смесь двух элементов: стабильного изотопа углерода 12 6 С в количестве 2 моля и радиоактивного 11 6 С в количестве 4 моля. Через интервал времени, равный периоду полураспада углерода 11 6 С , останется…

Варианты ответов:

Каким будет процентное содержание атомов через промежуток времени, равный периоду полураспада изотопа 11 6 С ?

Варианты ответов:

Реакция распада нейтрона происходит по схеме: п → р + е – + v ɶ . Присутствие в этой реакции антинейтрино обусловлено требованиями

закона сохранения...

Варианты ответов:

1) электрического заряда; 2) лептонного заряда; 3) энергии.

Закон сохранения электрического заряда не требует присутствия антинейтрино, т. к. это нейтральная частица и её наличие или отсутствие не влияет на суммарный заряд. Закон сохранения энергии также не требует

присутствия какой-то конкретной частицы, т. к. масса покоя нейтрона превышает суммарную массу покоя электрона и протона. Данной разности масс (∆m ≈ 1,5 m e ) соответствует определенная энергия, т. е. реакция распада свободного нейтрона энергетически разрешена. При распаде элементарных частиц должны также выполняться законы сохранения барионного и лептонного заряда.

Барионный заряд сохраняется: B n = 1, B p = 1, B e = 0, т. е. 1 = 1 + 0.

Для сохранения лептонного заряда (L n = 0, L p = 0, L e = 1) в результате

Реакция распада протона по схеме: р → е + + ν + v ɶ невозможна. Это является следствием невыполнения закона сохранения...

Варианты ответов:

1) лептонного заряда; 2) спинового момента импульса;

3) электрического заряда.

Протон является барионом (от греческого слова «барис» – тяжелый), а позитрон, нейтрино и антинейтрино являются лептонами (легкими элементарными частицами).

Приведём значения некоторых характеристик элементарных частиц.

Поверим выполнимость закона сохранения лептонного заряда: L p = 0, L е - =

1, L ν = 1, L νR = –1. Тогда получим: 0 = 1 + 1 – 1 = 1, т. е. лептонный заряд не сохраняется. Реакция невозможна вследствие невыполнения закона сохранения

лептонного заряда.

Ответ : вариант 1.

Задание С8-24 для самостоятельного решения

Реакция распада протона по схеме р → е + + ν + невозможна. Это является следствием невыполнения закона сохранения...

Варианты ответов:

1) спинового момента импульса; 2) электрического заряда;

3) барионного заряда.

Взаимодействие неизвестной частицы Х с протоном в водородной пузырьковой камере идет по схеме:

Λº → p + π –

X + p

Kº → π + + π –

Если спин π -мезона S = 0, то заряд и спин налетающей частицы будут равны...

Варианты ответов:

1) q < 0; S = ; 2) q > 0; S = ; 3) q > 0; S = 0; 4) q < 0; S = 0.

При взаимодействии неизвестной частицы X с протоном p , наряду с другими законами сохранения, должны выполняться законы сохранения заряда и момента импульса. Согласно закону сохранения заряда, суммарный заряд частиц должен быть равен суммарному заряду продуктов реакции после взаимодействия. После взаимодействия получаются две положительно заряженные частицы: q p = +1 и q π + = 1, а также две одинаковые отрицательно заряженные частицы с зарядом q π – = –1.

Варианты ответов:

1) S x = ; 2) S x = 1; 3) S x = 1.

Согласно закону сохранения спина, суммарный спин частиц до взаимодействия должен быть равен суммарному спину частиц после

взаимодействия: S P + S π – = S X + S π – + S π – +S π + .

Так как спин протона S p = 1 , а спин π -мезона равен нулю, то после

подстановки этих значений получим: 1 + 0 = S X + 0 + 0 + 0. Следовательно, спин

неизвестной частицы будет равен S X = 1 2

Ответ : вариант 1.

Задание С8-25 для самостоятельного решения

На рис. 146 показана фотография взаимодействия π -мезона с протоном в водородной пузырьковой камере, которое идет по схеме:

Kº → + π – + X

π– + p

Λº → p + π –

Если спин π -мезона S = 0, то спин частицы X будет...

Варианты ответов:

1) S x = 1 ; 2) S x = 1 ; 3) S x = 0 . 2

Позитронный распад

Двойной электронный распад

Электронный распад

При электронном распаде ядро испускает электрон и электронное антинейтрино . Так как при электронном распаде образуется более двух частиц, то спектр энергий электронов оказывается непрерывным . При этом энергия отдельного электрона непредсказуема. Можно определить только максимальную энергию электрона. Эта энергия равна энергии распада. Электронный распад возникает у нейтроноизбыточных ядер с энергией распада больше нуля. При электронном распаде дочернее ядро образуется не обязательно в основном состоянии.

В достаточно редких случаях энергетически возможен распад с одновременным вылетом двух электронов. Этот процесс возможен при условии, что масса ядра m (A ,Z +1), которое могло бы возникнуть при электронном распаде, оказывается больше массы ядра m (A , Z ), а для массы ядра m (A , Z +2) выполняется условие m (A , Z )> m (A , Z +2)+2m e c 0 2 .

Анализ показывает, что в природе существуют десятки ядер, которые способны к двойному электронному распаду.

Позитронный распад возникает у нейтронодефицитных ядер . По всем своим свойствам позитронный распад является полной аналогией электронного распада . Однако, если электронный распад возможен только у нейтроноизбыточных ядер, то позитронный распад возможен только у ядер с избытком протонов. Спектры электронов и позитронов подобны, но между электроном и ядром существует кулоновское притяжение, а между позитроном и ядром - кулоновское отталкивание. Поэтому спектр позитронов оказывается смещенным в сторону больших энергий.

При достаточно больших энергиях возбуждения ядро может испускать нейтроны. При испускании нейтронов Δ N =1, Δ A =1. Энергетически нейтронный распад возможен, если энергия возбуждения ядра будет больше энергии связи нейтрона в ядре . Экспериментально показано, что нейтронный распад происходит в ядре Li с уровней энергии с энергией 3,21 МэВ (513,6 фДж), 6,53 МэВ (1044,8 фДж). В целом же можно считать, что в области средних масс для нейтронного распада необходимы энергии возбуждения около 9 МэВ (1440 фДж).

Спектр энергии испускаемых нейтронов оказывается непрерывным . Очевидно, что процесс нейтронного распада облагается для ядра избытком нейтронов . Вместе с тем, данные о массах ядра вроде бы указывают не то, что при любом избытке нейтронов, энергия связи нейтронов остается положительной. Следствием этого является невозможность нейтронного распада из основного состояния ядра.

Иногда после бета - распада образовавшееся ядро, оставшееся возбужденным, распадается дальше с испусканием нейтрона. Энергия возбуждения при этом уносится вылетающими нейтронами. Такие нейтроны называютсязапаздывающими. Запаздывание процесса последующего нейтронного распада связано с медлительностью предыдущего бета - распада. Нейтронный распад происходит с очень малым периодом полураспада.