Бета-распад на связанное состояние атома. Протон нейтронного происхождения механизм возникновения протона из свободного нейтрона

Протон нейтронного происхождения

Механизм возникновения протона из свободного нейтрона

Василий Мантуров

Открытие ранее неизвестного явления в виде физического механизма, состоящего в том, что в известном процессе электронного бета- распада свободного нейтрона при появлении (с интервалом 10-16 минут) гамма-кванта не менее 1,022 МэВ одна из ближайших (по ядерным масштабам) к свободному нейтрону пара электрон-позитрон из моря Дирака, диполька (е-е+), диссоциирует на е+ и е-, и возникший при этом позитрон е+ немедленно рекомбинирует с нейтроном (захватывается), который превращается в протон нейтронного происхождения (ПНП) с излучением (высвобождением) электрона е- и энергии, частично невостребованной при рекомбинации позитрона е+ с нейтроном (и названной антинейтрино).

Электронный бета-распад свободного нейтрона - это один из видов бета-распадных явлений из области слабых ядерных взаимодействий.

«Нейтрон является простейшей системой, испытывающей β–распад, поскольку влияние сильных взаимодействий нуклонов отсутствует и процесс β–распада допускает практически однозначную интерпретацию. (выдел.-ВМ)»

Этот вид распада, называемого также бета-минус распадом (электронным бета-распадом), в символической (классической) записи выглядит так (1)

N -> p + e- + ν, (1)

где n – нейтрон, p – протон, e- – электрон, ν – антинейтрино.

К сожалению, он (1) ущербен, ошибочен по ряду признаков и контрпродуктивен. Об этом и будет речь ниже.

Вот, например, как преподносится (1) это явление в прошлом уважаемым академиком Кикоиным с одновременным признанием загадочностей, якобы преодоленных в нем. (Особых отклонений в , от почти нет.)

«Как известно, естественный бета-радиоактивный распад состоит в том, что ядра атомов одного элемента самопроизвольно (выдел. нами - ВМ) испускают бета-частицы, то есть электроны, и при этом превращаются в ядра другого элемента с атомным номером на единицу большим, но с прежней массой («Физика 10», § 103). Символически это превращение записывается так:

M Z X→ M Z+1 Y+ 0 −1 e .(2)

Здесь X - исходное ядро, Y - продукт распада, е - электрон (верхний индекс «0» показывает, что масса электрона по сравнению с атомной единицей массы очень мала).

Тщательное изучение бета-распада показало, что это явление таит в себе две загадки.

Загадка первая: «пропажа» энергии.

Если ядро X самопроизвольно превращается в ядро Y, то это значит, что энергия WX ядра X больше, чем энергия WY ядра Y. А энергия вылетающей при этом бета-частицы должна быть равна разности энергий WX - WY (если пренебречь энергией отдачи).

Поскольку все исходные ядра X одинаковы, равно как одинаковы и все получающиеся из них ядра Y, все вылетающие бета-частицы должны иметь одну и ту же энергию. Опыты же показывают, что энергия практически всех бета-частиц меньше, чем разность энергий WX - WY. Точнее: β-частицы имеют различные энергии, и все они лежат в пределах от нуля до максимального значения, равного WX - WY. Например, для бета-частиц, испускаемых ядрами 210 83 Bi (период полураспада 5 дней), максимальное значение энергии около 1 МэВ, а средняя энергия, приходящаяся на долю одной частицы, меньше чем 0,4 МэВ.

Создавалось впечатление, что бета-распад - это процесс, в котором, в нарушение закона сохранения энергии, энергия пропадает бесследно. Некоторые физики склонны были думать, что закон сохранения энергии, безусловно верный в мире макроскопических процессов, «необязателен» для некоторых процессов, связанных с элементарными частицами. К этой мысли (о возможности нарушения закона сохранения энергии) склонялся даже такой физик, как Нильс Бор.

Нейтрино

Закон сохранения энергии был, однако, «спасен» швейцарским физиком-теоретиком Вольфгангом Паули. В 1930 году он высказал предположение, что при бета-распаде из ядра вылетает не только электрон, но и еще одна частица, на долю которой и приходится недостающая энергия. Но почему эта частица никак себя не обнаруживает: не ионизует газ, как это делает электрон; ее энергия при столкновениях с атомами не переходит в тепло и т. д.? Паули объяснял это тем, что придуманная (выдел. нами-ВМ) им частица электрически нейтральна и не обладает массой покоя (http://www.physbook.ru/index.php/Kvant._%D0%91%D0%B5%D1%82%D0%B0-%D1%80%D0%B0%D1%81%D0%BF%D0%B0%D0%B4#cite_note-0 ).

Загадка вторая: откуда берутся электроны?

Эта загадка бета-распада (ее можно было бы поставить и на первое место) состояла вот в чем.

Как известно («Физика 10», § 107), атомные ядра всех элементов состоят только из протонов и нейтронов. Как же из ядер могут вылетать электроны, которых там нет, и нейтрино, которых там тоже нет?

Объяснить этот удивительный факт (из ядра вылетает то, чего там нет) можно только тем, что частицы - протоны и нейтроны, образующие ядро, способны взаимно превращаться друг в друга. В частности, бета-распад состоит в том, что один из нейтронов, входящих в ядро радиоактивного элемента, превращается в протон.

При этом в ядре оказывается одним протоном больше, чем было, а общее число частиц остается прежним. Просто один из нейтронов стал протоном. Но если бы дело только тем и ограничилось, был бы нарушен закон сохранения электрического заряда. Природа таких процессов не допускает! Так вот, оказывается, что вместе с превращением нейтрона в протон в ядре рождаются электрон, отрицательный заряд которого компенсирует положительный заряд появившегося протона, и нейтрино, которое уносит определенную долю энергии. Таким образом, при бета-распаде в ядре происходит превращение одного из нейтронов в протон и рождение двух частиц - электрона и нейтрино. Протон остается в ядре, электрон же и нейтрино, которым в ядре быть «не полагается», вылетают из него.»

Сущность открытия

Обсудим это, хотя и прореженное, но весьма обширное цитирование из .

1. Для начала отметим, что уважаемый академик Кикоин свою символическую запись (2) отнес как бы ко всем трём видам бета-распадов (не разграничив их). И тем самым был сокрыт ряд других загадок, сопутствующих всем видам этого явления.

И тогда, по Кикоину, получается, что и в электронном бета-распаде свободного нейтрона рождение протона не противоречит: а) закону сохранения заряда (соблюдается); б) закону сохранения массы с погрешностью на массу электрона. Да, это так. Но только по Кикоину, если полагать, что массовое число нейтрона и протона одинаково: и тот и другой – нуклон, т.е. если считать в единицах нуклонов.

На самом деле законы сохранения массы и энергии здесь (2) не только не соблюдаются, а почему-то проигнорированы. Дело в том, что объективно масса нейтрона больше массы протона на 2-3 массы электрона . А появляется при бета-распаде только один, причем непонятно откуда. Пусть даже из нейтрона. Но и в этом случае лишней массой остается 1-2 массы электрона. И потому, видимо, автор не внес в (2) даже признаков закона сохранения так называемой «релятивистской» (E = mc 2) энергии, когда единица - масса электрона m e = 0,511 МэВ. Что это?

Упущение, недопонимание или обман?

Да, нейтрон обладает массой, превышающей массу протона. И формально правильно. Но только формально. Тогда откуда возникла загадка о пропаже энергии из арсенала верхней границы бета-распада Е 0 =1,022 МэВ? Откуда взяли, что она такой величины? И почему «пропажу» энергии списали на эфемерный антинейтрино?

Начнем выяснять правду.

Зададимся встречным вопросом. А почему это происходит примерно раз в 13-16 минут? По Александрову и , чуть больше 10 минут.

Ведь «… распад не бывает спонтанным, но всегда связан … с электромагнитным и корпускулярным излучением. Подобную гипотезу о запуске ядерных реакций внешним источником, выводящим систему из равновесия, выдвигали многие ученые. Даже пионер ядерной физики Ф.Содди соглашался с мнением Кельвина о том, что ядерные реакции не могут протекать самостоятельно … (т.е. без внешнего воздействия - ВМ). И Тесла … считал радиоактивный распад не спонтанным процессом, а индуцированным за счет космического излучения.»

И почему эти минуты связаны с важнейшим условием – с обязательностью появления гамма-кванта не менее 1,022 МэВ?

А это - экспериментальный факт. И об этом ничего не говорится ни Кикоиным, ни другими авторами. Следовательно, утаивается очень важный экспериментальный факт? А, как известно, экспериментальные факты являются основой для построения теорий . Так почему утаили? Да потому что этот факт свидетельствует вот о чем: протон, возникающий при этом, не тождествен обычному, стабильному «навсегда», вечно живущему протону.

Речь уже идет по существу о новой частице. Получается, что в результате (1 и 2) возникают не просто протон, а протон нейтронного происхождения (ПНП) . А лишь затем - электрон и какая-то энергия.

Электронный, т.е. бета-минус-распадный протон – это протон нейтронного происхождения (ПНП), который, в отличие от стабильного «навсегда» протона, 1) подвержен позитронному бета-распаду, 2) «тяжелее» нейтрона на массу электрона (точнее, позитрона – см. ниже), так как ПНП – это нейтрон плюс позитрон (*). Следовательно, его (ПНП) масса превышает массу нейтрона еще и на массу позитрона, т.е. теперь уже на 3-4 m e .

По Кикоину и ФЭ, - n -> p + e- + v,

А по Открытию, - n -> (n + e+) + e- + …, (*)

где (n + e+) = ПНП ~ p,

а не по Кикоину

P = n - e- - v, (**)

Хотя и при (**) все равно массы (n – e-) > p

3) следовательно, такая реакция (*) не может осуществляться без затраты дополнительной энергии. Она эндотермическая.

4) откуда-то появляется позитрон , без которого нейтрон не может превратиться в протон (ПНП) . Но и об этом умалчивается, нигде даже не упоминается.

Это что, сокрытие типа “замели под ковер» (по Фейману) , обман или ошибка?

Природа здесь, в отличие от автора , объективна и правдива: чтобы появился и позитрон, и протон (ПНП) вместо нейтрона, к его «релятивистской» энергии Природа добавляет весомый добавок 1,022 МэВ.

А так как баланс энергии даже и в этом, электронном бета-распаде свободного нейтрона, всегда нарушается, и академнаука не может это объяснить, то предпочли про спонтанный добавок 1,022 МэВ утаить, скрыть и забыть. Будто в Природе и не существует такого «гадкого утенка».

Таким образом, утаиваются важнейшие экспериментальные факты!!! А именно, О непременном участии гамма-кванта 1,022 МэВ и позитрона в реакции (2) . А без этой информации физика этого процесса становится безнадежно ущербной. В том, в каком она сведена к словам и Кикоина и многим, многим другим авторам, не исключая ни ФЭС, ни ФЭ: «Просто один из нейтронов стал протоном ».

Следует признать, однако, что многие авторы все-таки делали попытку выполнить анализ и в отношении закона сохранения энергии в Эйнштейновском толковании (масса <=> энергия).

А так как энергетического баланса не достигали, то Маляров попытался учесть и разницу масс нейтрона и протона в атомных единицах массы. Но он при этом не учел, что здесь участвует и гамма-квант 1,022 МэВ и позитрон. Может быть, он, Маляров, уже из тех, кто уже был обманут и не мог об этом знать?

И Широков с Юдиным пытались это сделать, но признали, что « … для изучения β-распадных процессов надо пользоваться не энергией связи, а дефектом массы ((2.7)), поскольку в энергии связи не учитывается энергия, выделяющаяся при превращении нейтрона в более легкую частицу – протон (выдел.-ВМ) и поглощающаяся при обратном процессе.» (Энергия связи - теория сложная, нам она не в помощь, и мы её касаться не будем.- ВМ)

Здесь у Широкова с Юдиным явное присутствие понимания процесса бета-распада в духе: масса прекращается в энергию, а энергия в массу. Это их философское кредо.
На самом же деле, возможно, суть в том, что, согласно Открытию, нейтрон, превращаясь в ПНП, остается и его основой, следовательно, никакого выделения энергии в виде дефекта массы не происходит. Нейтрон превращается в ПНП и обратно, оставаясь целеньким нейтроном, +- е+. Никакая эквивалентность энергии и массы здесь не имеет места.

Модель бета-распада. Мы говорим, что нейтрон в ядре выполняет роль цемента или магнита. Осуществим такую метаморфозу. Нейтрон представим (заменим) двухполюсным магнитом, например в виде короткого прямоугольника. Причем магнитное поле пусть возьмет на себя роль ядерных сил: они короткодействующие. А протон пусть – в виде железного шарика соответствующего размера. (Железо тянется к магниту, как протон к ядерным силам). А еще обзаведемся парой тоже железных шариков, пусть, на порядок меньшего размера = е+ и е-. И пусть они будут у нас позитронами и электронами. Пусть и большие шарики и мелкие обладают соответствующим зарядом одинаковой величины и, следовательно, покрыты изолирующей пленкой.

Начнем моделировать.

С этой целью к одному из полюсов магнита-нейтрона поднесем пару е+е-. Нам и нейтрону-магниту от этой пары нужен только е+ - позитрон. Следовательно, необходимо разорвать е+е- на части. Разорвать, значит затратить какое-то усилие и энергию (так и Природа поступает: 1,022 МэВ). И присоединим шарик е+ к магниту (да он и сам присоединится). Получим модель ПНП = «(магнит = нейтрон) + е+». Мы таким образом повторим процесс электронного бета-распада, который установлен Природой.

Можно к магниту присоединить или один большой шарик-протон, или два таких. Получим или дейтрон, или гелий три.

А еще можно получить модель

«р + [(магнит = нейтрон) + е+]». (***)

(р + ПНП) = = 2 He 2

Это тоже гелий, но гелий два-два 2 He 2 , бета-плюс-распадный. У него внутри есть и нейтрон, но теперь этот нейтрон выполняет роль протона ПНП. А встречается такой 2 He 2 ? ДА - ПОДТВЕРЖДАЕТ ВИКИПЕДИЯ!!!

«Атомное ядро состоит из нуклонов - положительно заряженных протонов и нейтральных нейтронов, которые связаны между собой при помощи сильного взаимодействия. … Единственный стабильный атом, не содержащий нейтрон в ядре - лёгкий водород (протий). Единственный нестабильный атом без нейтронов - Гелий-2 (дипротон) (выдел . -ВМ). (Материал из Википедии Атомное ядро ).

.»

Но вернемся назад, от «магнит-нейтрон» к «магнит-нейтрон + е+». Понятно, что ни малейшего «дефекта массы» здесь не может быть. Мы же от магнита ни малейшего кусочка и не откалывали и не приклеивали назад.

То же самое увидим и при позитронном бета-распаде: приблизим к «магнит + е+» шарик е- с достаточно сильным зарядом отрицательного знака. Маленький шарик е+ ускользнет и останется вновь свободный «магнит-нейтрон». А позитрон рекомбинирует с отрицательно заряженным шариком, превратившись в е+е-.

Она, эта виртуальная энергия («дефект массы» = 0), так и остается в нейтроне-основе ПНП, как и в нашей модели. Здесь «распиливается» только энергия 1,022 МэВ, ниспосланная Природой, для извлечения е+ из дипольки е+е-.

Пусть желающий продолжит моделирование, чтобы убедиться, что 1) никакого изотопа «р + магнит + р, + р » не построить, потому что 2) у магнита только два полюса, как и у нейтрона – только два «гнезда» , , к которым можно присоединиться протонам, или протону и позитрону, или только одному позитрону (электронный бета-распад свободного нейтрона).

Но неужели и упомянутые, и другие уважаемые физики ничего не знали об экспериментах А.И.Алиханова? Об открытии им т.н. внешней парной конверсии? Речь идет вот о чем.

«В некоторых случаях возбужденное атомное ядро, при условии, что энергия возбуждения превосходит энергию покоя двух электронов (Е > 2m e c 2 …), вместо реального гамма-кванта испускается виртуальный квант. Виртуальный гамма-квант тут же превращается в е+е- -пару, исходящую, можно сказать, из атомного ядра (это ошибочное мнение, здесь всё перевернуто с ног на голову –ВМ ).» О чем это?

Да о том, что нейтронно-избыточное ядро атома как-то возбуждается до энергии больше 1,022МэВ, прежде чем подвергнуться бета-распаду. А такое возбуждение возможно лишь благодаря вмешательству внешних сил , т.е. при появлении и воздействии Алихановского «виртуального» гамма-кванта больше 1,022 МэВ. Который, чтобы извлечь необходимый для превращения нейтрона в ПНП, и способствует диссоциации уже поляризованной дипольки, т.е. превращению её в «е+е- -пару». И не исходящую из атомного ядра, как полагали тогда, а рожденную-диссоциированную в поле этого ядра. Значит, Алиханов знал и о судьбе позитрона и участии 1,022 МэВ. Выходит, что дарованный Природой гамма-квант 1,022 МэВ, назвали виртуальным, чтобы затем «отмазаться» от него, чтобы не упоминать о нём? Физики должны были обо всём, об этом знать.

Есть все основания заявить, что они знают об этом. Ниже помещен, извлеченный из ФЭ стр. 192 рис.3.

Присмотримся и увидим: график со спектрами развернут по оси абсцисс (шкала энергий в единицах mc е 2) между 1 и 2-мя такими единицами (mc 2).

Вот и современный физик Семиков, преданный и сторонник и продолжатель Баллистической теории Ритца, пишет: «… при рождении электрон-позитронных пар (а мы утверждаем, что бета-распады и непременное участие в них с рождением и «аннигиляцией» пар - процесс нераздельный - ВМ) частицы, как показали опыты, не рождаются из вакуума, а выбиваются из ядер (точнее, диссоциируют вблизи ядер - ВМ) γ -лучами».

Да и мы вновь и вновь повторяемся, не претендуя на авторство, что Природа дарит гамма-квант не менее 1,022 МэВ. Откуда это совпадение?

Так – обманывают они, или уже были обмануты???

2. А при обратном процессе, т.е. при позитронном бета-распаде поглощается - только часть энергии электрона: на соблазнение и похищение позитрона из ПНП. Зато излучаются два гамма-кванта по 0,511 МэВ. И у Ишханова с соавторами при описании горения водорода находим, что и при протон-протонных реакциях, т.е. (в частности) позитронных бета-распадах, выделяется энергия Q > 1,20 МэВ.

Вот пример, « 13 N -> 13 C + e+ v e (Q = 1,20 МэВ, T = 10 мин.)»

Откуда здесь = 1.20 МэВ? Ответ: этот позитрон е+ вмиг соединится с е-, и выделится примерно 2 х 0,511 МэВ.

Тем самым, мы подошли к объяснению «второй загадки».

Вопрос не только в том, «откуда берутся электроны?» А и в том, - как и зачем они появляются? Их действительно (в науке, кажется, не было подобного опровержения) нет ни в ядрах, ни в нейтроне, ни в протоне.

Но нас не устраивает и само объяснение такого типа: «Просто один из нейтронов стал протоном» … И в виде:

«Таким образом, при бета-распаде в ядре происходит превращение одного из нейтронов в протон и рождение двух частиц - электрона и нейтрино.»

Мы как раз и ищем ответ чуть-чуть более общей загадки: как не просто один из нейтронов становится протоном. Каков физический механизм этого явления, из сущности которого утаили о непременном участии гамма-кванта 1,022 МэВ и позитрона? Да еще в сопровождении двух не нужных частиц, одна из которых ПРИДУМАНА.

Получается, что о причастных утаили, а непричастного – придумали, при(о)писали и пропагандируют вовсю.

«Гипотезу о существовании чрезвычайно слабо взаимодействующей с веществом частицы выдвинул 4 декабря 1930 г. Паули - не в статье, а в неформальном письме участникам физической конференции в Тюбингене:

…имея в виду … непрерывный β-спектр, я предпринял отчаянную попытку спасти «обменную статистику» и закон сохранения энергии. Именно имеется возможность того, что в ядрах существуют электрически нейтральные частицы, которые я буду называть «нейтронами» и которые обладают спином ½… Масса «нейтрона» по порядку величины должна быть сравнимой с массой электрона и во всяком случае не более 0,01 массы протона. Непрерывный β-спектр тогда стал бы понятным, если предположить, что при β-распаде вместе с электроном испускается ещё и «нейтрон», таким образом, что сумма энергий «нейтрона» и электрона остаётся постоянной.

Я признаю, что такой выход может показаться на первый взгляд маловероятным… Однако, не рискнув, не выиграешь; серьёзность положения с непрерывным β-спектром хорошо проиллюстрировал мой уважаемый предшественник г-н Дебай, который недавно заявил мне в Брюсселе: «О… об этом лучше не думать вовсе, как о новых налогах».

- «Открытое письмо группе радиоактивных, собравшихся в Тюбингене», цит. по М. П. Рекало.

Понятно, что в те времена (1929-30гг.), когда Паули обнаружил несоблюдение подобного баланса, ошибка состояла в том, что им (Паули) рассматривалась пара протон и электрон, якобы возникшие (из нейтрона, хотя он, как и позитрон еще не были открыты) ,

Да, об участии в бета-распаде и позитрона тогда (4 декабря 1930 г.) еще, понятно, не догадывались. Как и о нейтроне. Следовательно, для построения теории Паули тогда еще не было достаточных оснований. Потому она и ущербна. (Зато он рискнул и … выиграл, а мы?). Хуже того и с открытием позитрона и нейтрона теорию Паули-Ферми практически не стали корректировать. Физике нужна почти столетняя стагнация по этому вопросу?

ДОКАЗАТЕЛЬСТВО ДОСТОВЕРНОСТИ ОТКРЫТИЯ

В нашем открытии утверждается, что электронный бета-распад свободного нейтрона наступает благодаря тому, что нейтрон обладает свойством присоединять себе позитрон и тем самым превращаться в протон иного вида (протон нейтронного происхождения). Но такое уникальное явление происходит лишь в том случае, если в нужном месте и в нужный момент времени появляется гамма-квант 1,022 МэВ, который приводит к диссоциации наиближайшей к нейтрону дипольки (е+е-) из «моря Дирака». Именно для этого свободный и не свободный нейтрон, приготовившийся для осуществления данной «операции», праздно гуляет целых 10-16 минут, ожидая свою очередь. По ядерным масштабам – это очень долго. Но наступает-таки и этот миг. И в результате – появившийся гамма-квант (1,022 МэВ) разрывает, диссоциирует дипольку (е+е-) на позитрон е+ и электрон е-.

Каждый из них получает при этом порцию энергии 0,511 МэВ с соблюдением баланса количества движения (векторов) . И позитрон соединяется с нейтроном .

Так вот, откуда берутся и электрон и позитрон? И прежде всего – позитрон? Без позитрона нельзя сконструировать протон (нейтронного происхождения). И поэтому его (позитрон) откуда-то нужно было извлечь. И затратить энергию. У Александрова есть оговорка : «Характерная энергия ядерных процессов имеет порядок мегаэлектронвольт, …“» Происходит диссоциация дипольки (е+е-). Высвобождается и позитрон и электрон. Но только позитрон и нужен. Затем происходит рекомбинация позитрона с нейтроном. Так нейтрон превращается в протон нейтронного происхождения.

Загадка, «откуда взялся электрон?» превратилась в отгадку, откуда взялся и позитрон, а не только электрон. Мы ее открыли??!!! НЕТ!!! Мы, скорее, вскрыли зачем-то сокрытое.

И физики знали, что сама Природа помогает физикам в этом явлении. Что она посылает квант энергии величиной не менее 1,022 МэВ как к тяжелому ядру, так и к свободному нейтрону.

Вот почему протон нейтронного происхождения ПНП – так мы его назвали – оказывается массивнее нейтрона еще и на массу позитрона. А ведь нейтрон и так массивнее обычного протона на 2-3 массы электрона. И вот почему академнаука об этом умалчивает. И не просто умалчивает, а переписывает, переписывает и переписывает в Интернете физику этого явления в духе и Википедии. Физика – наука или политика?

Вины Паули здесь нет: еще не был открыт позитрон (1932 г.), но нейтрон-нейтрино уже был им придуман.

И это стало еще одной причиной появления гипотезы Паули и Ферми. Но позитрон был-таки открыт. Согласно нашей же точки зрения, не протон и электрон диссоциируют друг от друга, а электрон – от позитрона под действием 1,022 МэВ.

Такое, как по Паули, нарушение баланса количества движений не может возникнуть в принципе, если диссоциации подвержена диполька (е+е).

К сожалению, вслед за открытием позитрона не последовало пересмотра и уточнений физики данного явления с участием гамма-кванта 1,022 МэВ, позитрона и электрона. Ведь нейтрон тоже был открыт в 1932 г. Но это открытие было учтено Ферми. Так почему же так не повезло и гамма-кванту 1,022 МэВ, и позитрону, да еще такая нелепая ситуация сохраняется и до сих пор?

И еще. Да, они, именно они, рожденная пара электрон-позитрон, должны разлететься при этом в разные стороны, соблюдая баланс импульсов.

И все-таки разлетаются не совсем произвольно. И здесь открывается тоже узел загадок.

Близость дипольки к нейтрону сказывается на поведении позитрона? Это тоже интересное обстоятельство. С одной стороны, если нейтрон жаждет заряд позитрона, то для такой их рекомбинации, как и всякой рекомбинации, затраты энергии почти излишн и. Некому противостоять, если за спиной свободного нейтрона нет протона (как в дейтроне). Позитрон попросту ускользает из сопровождавшей его волны де Бройля, да еще с энергией 0,511 МэВ. А она ему почти (≠) = 0не нужна. И поэтому в спектре электрона бета-распада нейтрона даже максимум его (электрона) энергии не достигает предельной: 1,022 МэВ. Правда, в дейтроне ситуация усложняется, но это обстоятельство на порядок-другой реже.

Близость к нейтрону сказалась на поведении позитрона, и лишь опосредовано - на электрон. Частица с названием «свободный нейтрон» жаждала позитрон в своих объятиях. Причем, и место для этого уже было предопределено: нейтрон обладает двумя гнездами, к которым могут присоединиться один или два протона, или один позитрон: у позитрона связи с нейтроном слабее, чем у протона. (Иначе мог бы образоваться гелий –два с одним нуклоном.) Обычно такое место предназначено для протона. Но вблизи ядра свободных протонов не оказалось. И хотя позитрону по своей стати (массе, градиентности электрического поля и форме) далеко до протона, но за неимением такового и позитрон может сгодиться: ведь нейтрону нужен положительный заряд. Заряды протона и позитрона одинаковы.

Потому позитрон из состава наиближайшей дипольки (е+е-) уже «поглядывал», поляризовался на жаждущий его нейтрон и место на нем, приготовленное для «соединения» с нейтроном. И не просто поглядывал, а тянулся в это место. Тянулся потому, что электрон дипольки и не собирался его отпускать. Ведь они, пара, когда-то при воссоединении друг с другом затратили на это всю свою кулоновскую силу, излучив энергию (2 х 0,511 МэВ).

Но вмешивается Космос (или что-то иное), и появляется гамма-квант 1,022 МэВ.

Мы не знаем, как этот гамма-квант работает, но он разрывает дипольку на е- и е+, даруя каждому из них по 0,511 МэВ. И если позитрон так близок к гнезду нейтрона, что ему не нужна энергия на работу входа, то ее излишество или достается электрону, или превращается в НЭ – невостребованную энергию (названную нейтрино). Если же диполька была достаточно далеко от гнезда нейтрона, то электрон будет еще тянуться за позитроном, теряя и скорость и энергию. Это – работа расставания.

Пусть звучит грубо. Но по-научному, - происходит рекомбинация позитрона с нейтроном. Лишь в результате этого процесса и происходит превращение нейтрона в протон. (n + e+ => = ПНП ≈ p).

И тем (в частности, отсутствием протона) бета-распад свободного нейтрона является особенным, что со всеми случайностями, отмеченными ниже (для не свободного нейтрона), остаток волны де Бройля позитрона становится на две трети (в среднем) меньше. И это до сих пор озадачивает ядерщиков. В те времена корифеи физики Паули и Ферми восприняли этот казус, пропажу части энергии, чуть ли не как нарушение мирового порядка в ядерной физике. И виновным за это «назначили» нейтрино. Вот потому ядерщики до сих пор ищут эту придуманную «частицу». Но Кикоин и об этом (об этих причинах) как-то умолчал. А правительства, удовлетворяя настойчивость ядерщиков, вынуждены тратить средства, и не малые, на поиски этой придумки. И школьники, став чиновниками, будут продолжать верить в нейтрино-частицу. Это чем оправдано?

С другой стороны, в случаях такого же бета-распада сложных и много нуклонных ядер входу позитрона в заждавшийся его нейтрон противостоят все протоны ядра (кривая Z=80,β-). И на преодоление их кулоновского противодействия позитрон затрачивает практически всю часть своей (причитающейся ему) энергии (0,511 МэВ). Но и электрону не редко достается значительная часть энергии (1,022 МэВ) гамма-кванта, дарованного Природой. Дело в том, по-видимому, что расстояние до «гнезда» нейтрона, которое позитрону необходимо преодолеть, ничем не определено, его величина случайна. Оно, разумеется, очень мало, но в ядерных масштабах разница бывает велика, и кулоновское поле велико. Вот и приходится позитрону делить с электроном, своим напарником, причитавшуюся им энергию 1,022 МэВ «по-братски». Так электрон оказывается медленным в числе многих на спектральном графике на кривой Z = 80,β.

Рис. 3. Энергетические спектры разрешенных переходов с кулоновской поправкой для Z=80 и Z=0 для 1 МэВ; в случае Z=0 b- и b+-спектры совпадают. По оси абсцисс отложена полная энергия электрона.

Кулоновское поле ядра увеличивает вероятность испускания электронов и уменьшает вероятность испускания позитронов в области низких энергий.

ВНИМАНИЕ!!! Из рис.3, полученного теоретически, видно, кстати сказать, что полная энергия электрона теоретиками была заложена в теорию как исходная, как базовая . Но почему она в точности совпадает с 1,022 МэВ, о которой мы толкуем с самого начала как о дарованной Природой? И почему она одинакова и для бета-распада свободного нейтрона и для Z=80- ? Большинство авторов счет ведут в атомных единицах, и тогда в таблицах появляются десятки МэВ, а не 0-1,022 МэВ. Значит, знали, знают, и получается, что обманывают?

Итак, к нейтрону присоединился позитрон, еще больше утяжелив его по сравнению с нейтроном «до того». Следовательно, нейтрон, который и без того тяжелее протона на 2-3 массы электрона, превратился в ПНП - протон нейтронного происхождения. И это значит, что протон, возникший из нейтрона, стал тяжелее нейтрона еще и на массу позитрона. А это – грубое нарушение по-релятивистского закона сохранения энергии. Скрытый в (2). Скрыто нарушение закона сохранения энергии!!! И об этом – ни слова ,,, , , Будто и не известно об этом. ОБМАН!!??!

И об этом у Кикоина тоже ни слова. И потому о 1,022 МэВ и причастных к этому гамма-кванту и позитрону Кикоин и упоминает мимоходом, как о, якобы, непричастных.

Хотя обвинить его в незнании этого процесса, разумеется, невозможно: он знал Иоффе, он и учился и работал под руководством Иоффе. А Иоффе был привлечен к исследованиям Алихановым, директором института. Это значит, что Иоффе знал об открытии Алихановым парной конверсии. И потому весьма подробно описал явление бета-распада и особенно бета-распада свободного нейтрона еще в 1934 г. [Наука и жизнь 1934. Я эту статью прочитал в 2005 году (далеко от Москвы), но не читайте её по интернету , там всё адаптировано про Кикоински]. Он знал и Шпольского, автора «Атомной физики» 1944 года. А в ней Шпольский признал:

«… относительно β-распада можно сказать, что он представляет труднейшую проблему ядерной физики.» [(28, с.555)] И что бета-распад как-то связан с внутренней конверсией. [(28, с.555)] Шпольский тоже не упоминает об Иоффе. И об участии позитрона в бета-распаде не упоминает. Что - странно!? Правда, позитрону он посвятил несколько страниц своей книги, но в основном в связи с теорией Дирака и аннигиляцией. Кстати, в адрес теории Дирака он отметил: «Ее достоинством, в частности, является то, что она дает возможность просто объяснить аннигиляцию частиц и показывает, что никакого уничтожения частиц здесь вовсе не происходит (выдел.- ВМ), так что самый термин «аннигиляция» не передает сущности процесса.» Поэтому он подчеркивал, что «… при поглощении фотона с энергией > 2m e c 2 вблизи какого-нибудь ядра электрон с отрицательной энергией может перейти на уровень» положительной энергии, т.е. … появится пара частиц электрон-позитрон .» Значит, по Шпольскому, море Дирака - состоит не из дырок-антиэлектронов, а из диполек (е+е-). И я это утверждаю. Наши взгляды совпали. Ура!!! Они образуют квазикристаллическую систему, аналогичную решетке Изинга.

Разгадка о том, откуда берется электрон, теперь понятна. Следует лишь дополнить, что в рассмотренном процессе электрон не вылетает ни из ядра, ни из нейтрона. Он там и не бывал. Электрон появлялся как лишний, неприкаянный объект. Лишний!!! Потому что избыточному нейтрону очень-очень нужен был положительно заряженный позитрон (и даже не всегда протон! Это уж - дальний прицел Природы: цепочки бета-распадов! ). А они, позитроны, свободными в Природе почти не бывают. Ведь это один из представителей «антиматерии». О которой мы часто говорим, но так мало знаем. Поэтому Природа позволяет (как в бета-минус-распаде) разрывать, диссоциировать, отдельные дипольки. А это можно осуществить только с затратой гамма-кванта не менее 1,022 МэВ и в присутствии «потребителя» = нужное место .

Всем физикам известно, что именно благодаря гамма-кванту 1,022 МэВ во всей Вселенной и происходят процессы рождения пары частиц, позитрона с электроном. И обратный ему процесс (см. ниже рис. 9.2) с ярко выраженным пиком 511 кэВ .

Но именно об этом, об участии позитрона в бета-распаде, Кикоин и умолчал. А почему? Потому что не знал, зачем здесь нужен позитрон!!!?? Да знал он, знал. Иоффе, его начальник, об этом большую статью опубликовал. (Наука и Жизнь 1934)

Но тогда получается, что это - проект о каком-то замысле типа: молодым мы об этом не скажем. И последующие, следовательно, - не догадаются, так как внешне выглядит всё в порядке: масса нейтрона больше массы протона и электрона. Да еще и излишествует, чем и пользуется (распиливает) вороватый нейтрино.

Так в учебниках Кикоина по физике для старшеклассников и создается видимость соблюдения законов сохранения в бета-распадах. А позже они станут лицами, принимающими решения. И изобретатели никогда их не переубедят. Слава начальникам и горе инноваторам.

Всё как-то вертится вокруг да около.

Так – нарушение или нет? А судьи кто? Да те же, кто утаивает.

Изложенное выше позволяет нам вместо (1) и (2) предложить уравнение электронного бета-распада в виде, где нет нарушения закона сохранения энергии

{n + (e+e-) + 1,022 МэВ} => {(n + e+) + e- + НЭ} => {ПНП + e- + НЭ}, (3)

Здесь n – нейтрон; (e+e-) - диполька из моря Дирака; НЭ – невостребованная энергия (при рекомбинации позитрона с нейтроном). Но она только часть энергии гамма-кванта 1,022 МэВ. А остальная - не (анти)нейтрино унесена, а затрачена (как работа) на вход в нейтрон (неопределенность расстояний, ориентаций, образование собственной волны де Бройля и т.д.). В физике бета-распадов нет такого понятия «затрата работы на вход позитрона в нейтрон »;

ПНП – протон нейтронного происхождения. В первой фигурной скобке показано, что диполька, облюбованная нейтроном, жаждущим позитрона, готова к диссоциации (поляризована), и появился долгожданный квант энергии, необходимый для осуществления диссоциации.

Во второй фигурной скобке – уже свершилось: диссоциация завершена и нейтрон воссоединил к себе позитрон, совершилась работа входа. Электрон стал третьим лишним – вот почему он появляется в (1,2 и 3). Нет здесь придуманных (анти)нейтрино. Зато есть остаток энергии НЭ, невостребованной в процессе рекомбинации позитрона с нейтроном.

А в третьей – показано, что нейтрон с позитроном превратились в ПНП – протон нейтронного происхождения , электрон так и остался неприкаянным, а НЭ каждый раз разная, и такой она проявляется на сплошном графике спектра.

Итак, открыт протон нейтронного происхождения ПНП – новая, ранее не признаваемая частица! Что и требовалось доказать.

Если сравнить (3) с (1), то обнаружим, что левая часть (1) существенно беднее содержимого первой фигурной скобки в (3).

Примечание . О некоторых дополнительных фактах-аргументах, свидетельствующих о правильности нашего открытия, сказано в .

ОБЛАСТЬ НАУЧНОГО И ПРАКТИЧЕСКОГО ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ОТКРЫТИЯ

Самые главные заслуги нашего открытия состоят в том, что

а) открыт второй вид протона, а именно – протон нейтронного происхождения (ПНП) в виде ПНП = (n + e +);

б) который Природой наделен способностью при атаках на него электронов жертвовать (как ящерица - хвостом) позитроном и вновь превращаться в нейтрон (позитронный бета-распад), как и при инициации К-захвата;

{[ПНП = (n + e+)] + e-} -> -> (4)

Здесь в фигурной скобке: электрон атакует ПНП, т.е. нейтрон с присоединенным в нему позитроном, и выманивает (тоже с затратой работы), похищает позитрон из ПНП.

В первой квадратной скобке: похищенный позитрон воссоединяется («аннигилирует») с электроном, превратившись в дипольку (е+е-), с выделением, излучением двух гамма-квантов по 0,511 МэВ. И тем самым высвобождается нейтрон, до того пребывавший в тоге ПНП. Заметим также, что похищению позитрона (уменьшению тоже затраты работы) способствуют и все протоны ядра (сложного). Колпаков об этом упоминает, но с позиций теории;

Во второй квадратной скобке: тот же нейтрон, излученная пара гамма-квантов и пустое место - исчезнувшая от наблюдений электронейтральная диполька (е+е-), возвратившаяся в море Дирака;

в) дораскрыто ранее неизвестное свойство нейтрона, состоящее в том, что он, нейтрон, способен присоединять к себе или 1-2 протона. Или - один позитрон. В этом случае нейтрон с присоединенным позитроном превращается в протон нейтронного происхождения ПНП. Или - один протон и один позитрон, превращаясь в позитронный бета-распадный гелий 2 He 2 (***). Десятилетия мечтал я, что гелий два-два существует и это – доказательство моей гипотезы о кристаллической природе нуклонов и ядер, причем конструктивно повторяющих мою гипотезу ,. Только наше Открытие позволяло и позволяет понять, как устроен гелий 2 He 2 и предсказать его существование. Но не было ни малейших сведений об этом. А 4 января 2015 года мне удалось найти эти сведения в Википедии. УРА!!!

Или даже – в гелий с единственным нуклоном 2 He 1 .

Без нейтрона – два протона не соединяются, а с нейтроном – они в гелий 2 He 2 превращаются. Потому что они, протоны, разные;

г) раскрыт тем самым физический механизм слабых взаимодействий;

д) приоткрыт источник энергии в виде «аннигиляционного» излучения двух гамма-квантов по 0,511 МэВ при управляемых позитронных бета-распадах рис 9.2

Рис. 9.2. Основные физические механизмы генерации космического гамма-излучения. В области малых энергий (менее 1 МэВ) наблюдается мягкое гамма-излучение, возникающее при взаимодействии космических протонов с ядрами. Возбуждённые ядра переходят в основное состояние, с излучением гамма-квантов (механизм 1). В этой же области энергий происходит генерация дискретной линии 511 кэВ в результате аннигиляции электронов и позитронов (2). Движение электронов в магнитных полях сопровождается синхротронным излучением гамма-квантов при более высоких энергиях (3). Рассеяние электронов на фотонах малой энергии (например, на реликтовом излучении) приводит к так называемому обратному комптоновскому рассеянию гамма-квантов (4). В области
МэВ-ных энергий преобладает эффект генерации гамма-излучения при распаде нейтральных пионов, возникающих при столкновениях протонов космических лучей (5) ;

е) открылся подарок Природы людям, заключающийся в том, что человеку нет надобности нарабатывать (подражая Природе) и делать запас водорода в виде атомов с ПНП-ядрами. Природа это делает миллиарды лет (3) и накопила их, видимо, достаточно: рис 9.2. Человеку (в безбрежной Сибири) остается научиться выделять (из снега) водород с ПНП-ядрами и безопасно их использовать в качестве источника энергии;

ж) открытие позволяет нам разгадать гораздо большее количество загадок, таившихся в бета-распадных явлениях, в том числе, похоже, их участие в так называемом ХЯС. и

СВЕДЕНИЯ О ПРИОРИТЕТЕ И ПРИЗНАНИИ НОВИЗНЫ И ДОСТОВЕРНОСТИ

1. В прежние годы(60-е,70-е) я несколько раз обращался в Академию Наук СССР с просьбой рассмотреть мою гипотезу о кристаллическом строении ядер химических элементов, о их хорошем совпадении с известным тогда изотопическом составом (спектром) и даже с кривой ядерных сил трёх частиц. Мне отвечали и отписками, и разъяснениями, но я был военным, переводился в разные города и места, и многое утеряно. В АН СССР могут сохраниться.
2. В НИИЯФе, где я работал и учился на вечернем инженерном физ.факе МГУ, моей гипотезой не заинтересовались.
3. С появлением и у меня компьютера я засел за изучение накопившихся у меня книг по ядерной физике (после перенесенных инфарктов я уже не мог посещать Ленинку) и в результате сначала опубликовался в , ТМ , а затем издал книгу .
4. C 2009 г. начал выкладывать свои статьи в Интернет , , , , , . .

ФОРМУЛА ОТКРЫТИЯ

Открытие ранее неизвестного явления в виде физического механизма, состоящего в том, что в известном процессе электронного бета-распада свободного нейтрона при появлении (с интервалом 10-16 минут) гамма-кванта не менее 1,022 МэВ одна из ближайших (по ядерным масштабам) к свободному нейтрону пара электрон-позитрон из моря Дирака, диполька (е-е+), диссоциирует на е+ и е-, и возникший при этом позитрон е+ немедленно рекомбинирует с нейтроном (захватывается нейтроном), который превращается в протон нейтронного происхождения (ПНП) с излучением (высвобождением) электрона е- и части энергии, оставшейся невостребованной при рекомбинации позитрона е+ с нейтроном, (получившей название антинейтрино).

Библиография

1. Александров Ю.А. Фундаментальные свойства нейтрона М. 1982;

2. Аленицын А.Г., Бутиков Е.И., Кондратьев А.С. Краткий физико-математический справочник М 1990;

3. Ишханов Б.С. Нуклеосинтез во Вселенной;

4. Кикоин А.К. Две загадки бета-распада //Квант. - 1985. - № 5. - С. 30-31, 34;

5. Колпаков П.Е. Основы ядерной физики М 1969;

6. Маляров В.В. Основы теории атомного ядра М 1959;

7. Мантуров В.В. К вопросу о «скрытой массе Вселенной» ;

8. Мантуров В.В. Ядерные силы. Предложение разгадки ТМ февр. 2006;

9. Мантуров В.В. От кристаллических нуклонов и ядер к разгадке распределения простых чисел М 2007; 2007 и http://www.сайт/ ;

13. Мантуров В.В. О размере фотона или Гидрино Природой не предусмотрено ;

14. Мантуров В.В. Протоны различны, скорее, от природы, чем из-за навешанных на них «ярлыков» - спинов, ;

15. Мантуров В.В. Слабые взаимодействия. Новые представления 18. Нейтрино Википедия;

19. Панасюк М.И. Странники Вселенной или эхо Большого взрыва 1992 МГУ, http://nuclphys.sinp.msu.ru/pilgrims/;

20. Первый директор ИТЭФ, http://www.itep.ru/rus/history/Alihanov.shtml;

21. Семиков С.А. Баллистическая Теория Ритца и картина мироздания Нижний Новгород 2013;

22. Субатомная физика. Под редакцией проф.Б.С.Ишханова, МГУ, М 1994;

23. Таблица изотопов http://logicphysic.narod.ru/Tabl_H_Si.htm;

24. Физический энциклопедический словарь;

25. Физическая энциклопедия;

26. Ученый NASA заявил о работе реактора синтеза без синтеза http://www.membrana.ru/particle/16230/;

27. Широков Ю.М. и Юдин Н.П. Ядерная физика М 1972;

Бета-распад.

Процессы бета-распада уже давно и хорошо(?) известны (10). Тем не менее, в данной работе эти процессы рассматриваются не только как пример практического применения приведенных в данной работе утверждений и положений. Рассмотрение этих процессов представляет значительный интерес, поскольку:
а) выясняются некоторые особенности их протекания;
б) появляется возможность с высокой степенью точностью рассчитать материальные балансы процессов бета-распада;
в) появляется возможность внести некоторую ясность в проблему нейтрино.

Часть 3.1. Распад нейтрона (бета-минус-распад).
3.1.1. Распад нейтрона (превращение нейтрона в протон) является одним из основных видов распада в Природе, который подводит черту под временем жизни всех химических элементов тяжелее водорода:
нейтрон = протон + электрон + электронное антинейтрино , см. рис. 20-1.

Рис. 20-1. Схема распада нейтрона.
Схема распада нейтрона сравнительно проста - в процессе распада происходит превращение одного из кварков d в кварк u с выделением электрона и сбросом излишков энергии-материи в виде антинейтрино. Однако при детальном рассмотрении этого процесса (с учетом безусловного соблюдения всех законов сохранения) раскрываются некоторые особенности его протекания, а именно:
а) процесс происходит только внутри кварка d ;
б) процесс происходит только после образования «внутри» кварка вспомогательной (промежуточной) электрон-позитронной пары. Образование вспомогательной электрон-позитронной пары обязательно, поскольку ее участие в процессе диктуется законами сохранения;
в) на образование вспомогательной электрон-позитронной пары используется только материя глюона-1 и только этого кварка d. (См. также пункт 3.3.2.)
3.1.2. Таким образом, процесс превращения нейтрона в протон (превращение комбинации udd в комбинацию uud ) можно ограничить рассмотрением процесса превращения кварка d в кварк u, который происходит в следующей последовательности, см. рис.20-2:

Рис. 20-2. Распад нейтрона. Схема превращения кварка(d) в кварк(u) .
а) ввиду нестабильности комбинации udd нейтрон переходит в возбужденное состояние (см. пункт 3.4) и «внутри» одного из кварков d образуется вспомогательная электрон-позитронная пара (используется материя глюона-1 в количестве: 0,51099 + 0,51099 = 1,02198 МэВ);
б) в первую очередь (например: спины антипараллельны) происходит частичная аннигиляция частицы-ядра кварка (-1/3) и образовавшегося позитрона. Выделяется энергия в количестве 0,17033 + 0,17033 = 0,34066 МэВ. Появляется частица +2/3.
в) «ненужный» электрон (масса 0,51099 МэВ) покидает зону реакции (кварк), а затем и пределы протона;
г) внутри частицы (d-u ) остались излишки материи глюона-1 в количестве 0,44168 МэВ и появилась энергия аннигиляции 0,34066 МэВ, итого: 0,44168 + 0,34066 = 0,78234 МэВ. Этот излишек энергии распределяется между электроном и антинейтрино и удаляется из зоны реакции, а затем и за пределы протона, (см. примечание).
д) после появления частицы-ядра +2/3 массой 0,34066 МэВ и уменьшения массы облака глюона-1 на 1,02198 + 0,44168 = 1,46366 МэВ, формируется кварк u и образуется комбинация uud . Процесс превращения нейтрона в протон закончен.
3.1.3. Итого по распаду нейтрона:
а) по данной схеме происходят все реакции бета-распада нейтронов - как одиночных, так и находящихся в составе ядер таблицы Менделеева;
б) наличие в нейтроне двух массивных кварков d приводит к существенному дисбалансу масс (и зарядов) в комбинации udd , что делает эту систему заведомо нестабильной и обреченной на самопроизвольный бета-распад;
в) все реакции взаимодействия, связанные с превращением нейтрона в протон происходят внутри одного из кварков d с образованием вспомогательной электрон-позитронной пары. Образование электрон-позитронной пары обязательно, поскольку ее участие требуется по законам сохранения;
г) процесс энергоизбыточный. Излишки энергии распределяются между электроном и антинейтрино и выбрасываются за пределы протона;
д) поскольку процесс происходит только за счет материи глюона-1 кварка d , то масса глюона-2 в «исходном» нейтроне и «конечном» протоне остается неизменной - 931,56576 МэВ, см. также рис.18 и 19.
3.1.4. Примечание:
В процессе распада излишек энергии распределяется между электроном и антинейтрино. В данном случае (в тексте и на рис.20-2.) представлен вариант, в котором условно приведено «расчетное» распределение энергий между электроном (0,44168) и антинейтрино (0,34066).

Часть. 3.2. Распад протона.
Кроме распада нейтрона (бета-минус-распад) в составных ядрах могут происходить также процессы превращения протона в нейтрон: бета-плюс-распад и электронный захват:
протон + энергия = нейтрон + позитрон + нейтрино
протон + электрон + энергия = нейтрон + нейтрино.
Располагая данными о массе кварков можно подробнее рассмотреть схемы распада и составить материальные балансы этих процессов.
3.2.1. Бета-плюс-распад. Реакция превращения протона в нейтрон (бета-плюс-распад) происходят внутри одного из кварков (u ) с образованием вспомогательной электрон-позитронной пары, см. рис. 21. Процесс энергозатратный. Требуется подвод энергии в размере 2,48564 МэВ, которая затрачивается:
- на образование вспомогательной электрон-позитронной пары - 1,02198 МэВ;
- на увеличение массы облака глюона кварка d - 1,46366 МэВ.
Выход материалов в процессе реакции - 1,19231 МэВ. Разница материи-энергии в размере 2,48564 - 1,19231 = 1,29333 МэВ идет на увеличение массы нейтрона.

Рис. 21. Схема превращения кварка u в кварк d (бета-плюс-распад).
Процесс происходит в следующей последовательности:
а) в протон (а затем в один из кварков u ) поступает энергия не менее 2,48564 МэВ;
б) за счет этой энергии (2,48564 МэВ) в кулоновском поле ядра-частицы +2/3 происходит образование вспомогательной электрон-позитронной пары и происходит «наращивание» массы глюона (у кварка u масса глюона 1,46366 МэВ, а у кварка d должна быть 2,92732 МэВ);
в) происходит частичная аннигиляция частицы-ядра кварка (+2/3) и образовавшегося электрона. Выделяется энергия в количестве 0,34066 + 0,34066 = 0,68132 МэВ и появляется частица -1/3;
в) внутри кварка образовалась энергия от частичной аннигиляции в размере 0,68132 МэВ. Этот излишек энергии распределяется между позитроном и нейтрино и удаляется с ними из зоны реакции, а затем и за пределы u-d ;
г) «ненужный» позитрон (масса 0,51099 МэВ) покидает зону реакции;
д) после появления частицы-ядра -1/3 массой 0,17 МэВ и увеличения массы облака глюона-1 на 1,46366 МэВ формируется кварк d и образуется комбинация udd . Процесс превращения протона в нейтрон закончен.
Итого по бета-плюс-распаду:
а) все реакции взаимодействия, связанные с превращением протона в нейтрон (бета-плюс-распад) происходят внутри одного из кварков u с образованием вспомогательной электрон-позитронной пары;
б) процесс энергозатратный, требуется подвод энергии в размере 2,48 МэВ. Однако в то же время из кварка происходит «встречный» выброс энергии 0,68 МэВ в виде нейтрино.
Примечание:
1. В процессе распада излишек энергии распределяется между электроном и нейтрино. В данном случае (в тексте и на рис.21) представлен вариант, в котором условно приведено «расчетное» распределение энергий между позитроном (0) и антинейтрино (0,68).

3.2.2. Электронный захват. Реакция при энергозатратном электронном захвате происходит без образования вспомогательной электрон-позитронной пары и по более простой (упрощенной) схеме - внутри кварка u сразу происходит частичная аннигиляция «готового» электрона и частицы-ядра (+2/3) с образованием новой частицы-ядра (-1/3).
При этом следует обратить внимание на то, что:
- протон не может «добровольно» захватить электрон - электрон должен «влететь» вовнутрь кварка u . Для этого он должен обладать кинетической энергией в размере не менее 1,46366 МэВ, которая затем полностью превращается в глюон-1 кварка d , см. рис.22.

Рис. 22. Схема электронного захвата.
Процесс электронного захвата происходит в следующей последовательности:
а) электрон покидает свою орбиту и, набирая скорость, начинает перемещаться к протону. Набрав скорость (и, главное, повысив свою кинетическую энергию до необходимых 1,46366 МэВ), он влетает вовнутрь протона, а затем и вовнутрь ближайшего кварка u ;
б) электрон «останавливается» и вся его кинетическая энергия (1,46366 МэВ) превращается в глюон-1;
в) происходит частичная аннигиляция «готового» электрона и частицы-ядра +2/3 с выделением энергии в размере 0,34066 + 0,34066 = 0,68132 МэВ (без учета энергии отдачи), которая в виде нейтрино удаляется из зоны реакции, а затем и за пределы нейтрона. Процесс превращения протона в нейтрон закончен.
Итого по электронному захвату:
- все реакции взаимодействия, связанные с превращением протона в нейтрон при электронном захвате происходят внутри одного из кварков u ;
- процесс энергозатратный - кроме подвода «готового» электрона требуется подвод энергии вовнутрь кварка в размере 1,46366 МэВ на образование глюона. Однако в то же время из кварка происходит «встречный» выброс энергии 0,68132 МэВ в виде нейтрино.
Примечание:
1. Возможен также вариант, когда электрон «приносит» с собой лишь некоторую часть необходимой энергии из 1,46 МэВ. Недостающая часть энергии поступает в протон дополнительно со стороны или в виде кванта, который выделяет? электрон при сходе с орбиты. Однако эти заведомо сложные и нелогичные процессы маловероятны и в данной работе не рассматриваются.

3.3. Возможные места образования вспомогательной электрон-позитронной пары при бета-распаде.
Возможные места образования вспомогательной электрон-позитронной пары при распаде нейтрона и протона приведены на рис.23.

Рис. 23. Возможные места образования вспомогательной электрон-позитронной пары: а) при распаде нейтрона, б) при бета-плюс-распаде протона.
3.3.1. Образование промежуточной электрон-позитронной пары возможно в следующих местах (вариантах):
Вариант 1. Внутри кварка в кулоновском поле частицы-ядра.
Вариант 2. На «границе» (или «поверхности») кварка.
Вариант 3. Внутри протона в объеме глюона-2.
Вариант 4. На «поверхности» протона (для бета-плюс-распада).
После рассмотрения данных вариантов принимается, что образование промежуточной (вспомогательной) электрон-позитронной пары может происходить либо на «границе» кварка (Вариант 1), либо внутри кварка (Вариант 2), поскольку здесь:
- кулоновское поле частицы-ядра достигает максимальных величин;
- имеется «строительный материал» (глюон-1) для их образования;
- обеспечивается незамедлительный контакт между частицей и ядром.
Остальные варианты лишены логики и поэтому как реально возможные даже не анализировались, поскольку в совокупности практически невозможно:
- достоверно объяснить механизм образования частиц;
- достоверно объяснить процесс их «доставки» (перемещения) к ядру кварка,
- составить материальный баланс процесса.
3.3.2. Таким образом, в данной работе принимается, что на образование вспомогательной электрон-позитронной пары используется только материя глюона-1, а образование вспомогательной электрон-позитронной пары может происходить только на границе кварка или внутри кварка, где кулоновское поле частицы-ядра достигает максимальных величин. Вариант-2 (на границе) выглядит наиболее предпочтительным, однако поскольку определение точного места образования пар не представляется возможным, то для обоих этих вариантов используется термин - «внутри кварка»,(и приводится в схемах).

3.4. Основные принципы появления возбужденного состояния нейтрона.
3.4.1. Все «стабильные» нейтроны образовались в недрах звезд в результате принудительного «ввода» (вбивания, заталкивания и пр.) энергии в протон (бета-плюс-распад и электронный захват). Из этого следует, что «стабильный» нейтрон (а также и одиночный) изначально является энергоизбыточной частицей (системой). Эта энергоизбыточность вынуждает (обязывает) систему сбросить излишки энергии и снова вернуться в устойчивое состояние - протон. Сброс излишков энергии происходит в течение 886сек в результате процесса самопроизвольного распада, однако причиной его «самопроизвольности» является переход нейтрона в возбужденное состояние, см. рис.24.

Рис. 24. Возбужденное состояние нейтрона.
3.4.2. Возбужденное состояние нейтрона появляется из-за дисбаланса масс в подвижной комбинации udd , которая содержит два массивных кварка d и возникает в результате смещения одного кварка d из центральной части нейтрона к периферии.
а) нейтрон в «обычном» состоянии. В «обычном» состоянии комбинация udd располагается в центральной части нейтрона, в которой кварки хаотично перемещаются в центральной части нейтрона вокруг условного «центра тяжести» (хаотично - система из трех тел не считается).(11)
б) нейтрон в возбужденном состоянии. Во время одного из таких перемещений, один из кварков (например, d-2 ) смещается (отбрасывается) из центральной зоны к периферии (в меньше а). Сила притяжения (к кварку u ), которая удерживала кварк d «внутри» комбинации udd , ослабевает
(г больше б) и энергоизбыточная (и, следовательно, неустойчивая) комбинация udd получает возможность сбросить излишек энергии. Сброс излишков энергии происходит за счет материи (глюона-1) кварка d-2 и сопровождается его перестройкой в кварк u .

Ядра атомов устойчивы, но изменяют свое состояние при нарушении определенного соотношения протонов и нейтронов. В легких ядрах должно быть примерно поровну протонов и нейтронов. Если в ядре слишком много протонов или нейтронов, то такие ядра неустойчивы и претерпевают самопроизвольные радиоактивные превращения, в результате которых изменяется состав ядра и, следовательно, ядро атома одного элемента превращается в ядро атома другого элемента. При этом процессе испускаются ядерные излучения.

Существуют следующие основные типы ядерных превращений или виды радиоак­тивного распада: альфа-распад и бета-распад (электронный, позитронный и К-захват), внутренняя конверсия.

Альфа-распад – это испускание ядром радиоактивного изотопа альфа-частиц. Вследствие потери с альфа-частицей двух протонов и двух нейтронов распадающееся ядро превращается в другое ядро, в котором число протонов (заряд ядра) уменьшается на 2, а число частиц (массовое число) на 4. Следовательно, при данном радиоактивном распаде в соответствии с правилом смещения (сдвига), сформулированным Фаянсом и Содди (1913 г.), образующийся (дочерний) элемент смещен влево относительно исходного (материнского) на две клетки влево в периодической системе Д. И. Менделеева. Процесс альфа-распада в общем виде записывается так:

где X– символ исходного ядра;Y– символ ядра продукта распада; 4 2 He– альфа-частица,Q– освобожденный избыток энергии.

Например, распад ядер радия-226 сопровождается испусканием альфа-частиц, при этом ядра радия-226 превращаются в ядра радон-222:

Энергия, выделяющаяся при альфе-распаде, делится между альфа-частицей и ядром обратно пропорционально их массам. Энергия альфа-частиц строго связана с периодом полураспада данного радионуклида(закон Гейгера-Неттола). Это говорит о том, что, зная энергию альфа-частиц, можно установить период полураспада, а по периоду полураспада идентифицировать радионуклид. Например, ядро полония-214 характеризуется значениями энергии альфа-частиц Е = 7,687 МэВ и Т 1/2 = 4,510 -4 с, тогда как для ядра урана-238 Е = 4,196 МэВ и Т 1/2 = 4,510 9 лет. Кроме того, установлено, что чем больше энергия альфа-распада, тем быстрее он протекает.

Альфа-распад – достаточно распространенное ядерное превращения тяжелых ядер (уран, то­рий, полоний, плуто­ний, и др. с Z > 82); в настоящее время известно более 160 альфа-излучающих ядер.

Бета-распад – самопроизвольные превращения нейтрона в протон или протона в нейтрон внутри ядра, сопровождающиеся испусканием электроновили позитронов и антинейтриноили нейтрино е.

Если в ядре имеется излишек нейтронов (“нейтронная перегрузка” ядра), то происходит электронный бета-распад, при котором один из нейтронов превращается в протон, испуская при этом электрон и антинейтрино:

.

При этом распаде заряд ядра и, соответственно, атомный номер дочернего ядра увеличивается на 1, а массовое число не изменяется, т. е. дочерний элемент сдвинут в периодической системе Д. И. Менделеева на одну клетку вправо от исходного. Процесс бета-распада в общем виде записывается так:

.

Таким способом распада­ются ядра с избытком нейтронов. Например, распад ядер стронция-90 сопровождается испусканием электронов и превращением их в иттрий-90:

Часто ядра элементов, образующихся при бета-распаде, имеют из­быточную энергию, которая высвобождается испусканием одного или не­скольких гамма-квантов. Например:

Электронный бета-распад характерен для многих естественных и искусственно полученных радиоактивных элементов.

Если неблагоприятное соотношение нейтронов и протонов в ядре обусловлено излишком протонов, то происходит позитронный бета-распад, при котором ядро испускает позитрон и нейтрино в результате превращения протона в нейтрон внутри ядра:

Заряд ядра и, соответственно, атомный номер дочернего элемента уменьшается на 1, массовое число не изменяется. Дочерний элемент будет занимать место в периодической системе Д. И. Менделеева на одну клетку влево от материнского:

Позитронный распад наблюдается у некоторых искусственно полученных изотопов. Напри­мер, распад изотопа фосфора-30 с образованием кремния-30:

Позитрон, вылетев из ядра, срывает с оболочки атома “лишний” электрон (слабо связанный с ядром) или взаимодействует со свободным электроном, образуя пару “позитрон-электрон”. Вследствие того, что частица и античастица мгновенно взаимоуничтожаются с выделением энергии, то образованная пара превращается в два гамма-кванта с энергией, эквивалентной массе частиц (e + иe -). Процесс превращения пары “позитрон-электрон” в два гамма-кванта носит название аннигиляции (уничтожения), а возникающее электромагнитное излучение называется аннигиляционным. В данном случае происходит превращение одной формы материи (частиц вещества) в другую (излучение). Это подтверждается существованием обратной реакции – реакции образования пары, при которой электромагнитное излучение достаточно высокой энергии, проходя вблизи ядра под действием сильного электрического поля атома, превращается в пару “электрон-позитрон”.

Таким образом, при позитронном бета-распаде в конечном результате за пределы материнского ядра вылетают не частицы, а два гамма-кванта, обладающие энергией в 0,511 МэВ каждый, равной энергетическому эквиваленту массы покоя частиц – позитрона и электрона E= 2m e c 2 = 1,022 МэВ.

Превращение ядра может быть осуществлено путем электронного за­хвата, когда один из протонов ядра самопроизвольно захватывает электрон с одной из внутренних оболочек атома (K,Lи т. д.), чаще всего с К-оболочки, и превращается в нейтрон. Такой процесс на­зывают также К-захватом. Протон превращается в нейтрон согласно следующей реакции:

При этом заряд ядра уменьшается на 1, а массовое число не изменяется:

Например,

При этом место, освобожденное электроном, занимает электрон с внеш­них оболочек атома. В результате перестройки электронных оболочек испус­кается квант рентгеновского излучения. Атом по-прежнему сохраняет электрическую нейтральность, т. к. количество протонов в ядре при электронном захвате уменьшается на единицу. Таким образом, этот тип распада приводит к тем же результатам, что и позитронный бета-распад. Характерен он, как правило, для искусственных радионуклидов.

Энергия, выделяемая ядром при бета-распаде конкретного радионуклида, всегда постоянна, но ввиду того, что при этом типе распада образуется не две, а три частицы: ядро отдачи (дочернее), электрон (или позитрон) и нейтрино, то энергия по-разному в каждом акте распада перераспределяется между электроном (позитроном) и нейтрино, т. к. дочернее ядро всегда уносит одну и ту же порцию энергии. В зависимости от угла разлета нейтрино может уносить большую или меньшую энергию, в результате чего электрон может получить любую энергию от нуля до некоторого максимального значения. Следовательно, при бета-распаде бета-частицы одного и того же радионуклида имеют различную энергию, от нуля до некоторого максимального значения, характерного для распада данного радионуклида.По энергии бета-излучения практически невозможно произвести идентификацию радионуклида.

Некоторые радионуклиды могут распадаться одновременно двумя или тремя способами: путем альфа- и бета-распадов и через К-захват, сочетанием трех типов распадов. В таком случае превращения осуществляются в строго определенном соотношении. Так, например, естественный долгоживущий радиоизотоп калий-40 (Т 1/2 =1,4910 9 лет), содержание которого в природном калии составляет 0,0119 %, подвергается электрон­ному бета- распаду и К-захвату:

(88 % – электронный распад),

(12 % – К- захват).

Из описанных выше типов распадов, можно сделать вывод, что гамма-распада в “чистом виде” не существует. Гамма-излучение только лишь может сопутствовать различным типам распадов. При испускании гамма-излучения в ядре не изменяются ни массовое число, ни его заряд. Следовательно, природа радионуклида не изменяется, а меняется лишь содержащаяся в ядре энергия. Гамма-излучение испускается при переходе ядер с возбужденных уровней на более низкие уровни, в том числе и на основной. Например, при распаде цезия-137 образуется возбужденное ядро бария-137. Переход из возбужденного в стабильное состояние сопровождается испусканием гамма-квантов:

Так как время жизни ядер в возбужденных состояниях очень мало (обычно t10 -19 с), то при альфа- и бета-распадах гамма-квант вылетает практически одновременно с заряженной частицей. Исходя из этого, процесс гамма-излучения не выделяют в самостоятельный вид распада.По энергии гамма-излучения, как и по энергии альфа-излучения, можно произвести идентификацию радионуклида .

Внутренняя конверсия. Возбужденное (в результате того или иного ядерного превращения) состояние ядра атома свидетельствует о наличии в нем избытка энергии. В состояние с меньшей энергией (нормальное состояние) возбужденное ядро может переходить не только путем излучения гамма-кванта или выброса какой-либо частицы, но и путем внутренней конверсии, или конверсии с образованием электрон-позитронных пар.

Явление внутренней конверсии состоит в том, что ядро передает энергию возбуждения одному из электронов внутренних слоев (К-, L- или М-слой), который в результате этого вырывается за пределы атома. Такие электроны получили название конверсионных электронов. Следовательно, испускание электронов конверсии обусловлено непосредственным электромагнитным взаимодействием ядра с электронами оболочки. Конверсионные электроны имеют линейчатый спектр энергии в отличии от электронов бета-распада, дающих сплошной спектр.

Если энергия возбуждения превосходит 1,022 МэВ, то переход ядра в нормальное состояние может сопровождаться излучением пары «электрон–позитрон» с последующей их аннигиляцией. После того как произошла внутренняя конверсия, в электронной оболочке атома появляется «вакантное» место вырванного электрона конверсии. Один из электронов более удаленных слоев (с более высоких энергетических уровней) осуществляет квантовый переход на «вакантное» место с испусканием характеристического рентгеновского излучения.

Распад нейтрона

Протон-нейтронная модель ядра вполне удовлетворяет физиков и по сей день считается лучшей. Тем не менее, на первый взгляд она вызывает некоторые сомнения. Если атомное ядро состоит только из протонов и нейтронов, снова возникает вопрос о том, как могут вылететь из него отрицательно заряженные электроны в виде?-частиц. А что если электронов в ядре нет и они образуются в момент распада? Применим законы сохранения в поисках правильного решения.

Образование электрона означает возникновение отрицательного электрического заряда. Но по закону сохранения электрического заряда отрицательный заряд не может образоваться, пока одновременно не возникнет положительный. Однако ни одна положительно заряженная частица не вылетает из ядра вместе с?-частицей следовательно, такая частица должна остаться внутри ядра. Известно, что внутри ядра существует одна-единственная положительно заряженная частица - протон. Из всего сказанного следует, что, когда из ядра вылетает электрон, внутри ядра образуется протон. Перейдем к закону сохранения энергии. Протон обладает массой, и если он образуется, где-то в другом месте должна исчезнуть масса. Во всех ядрах, кроме водорода-1 присутствуют нейтроны. Будучи незаряженным, нейтрон появляется или исчезает, не нарушая закон сохранения электрического заряда. Следовательно, при излучении?-частицы внутри ядра исчезает нейтрон и одновременно возникает протон (рис. 4). Другими словами, нейтрон превращается в протон, испуская при этом электрон. Нарушение закона сохранения энергии не наблюдается, так как нейтрон чуть-чуть тяжелее протона. Протон и электрон вместе имеют массу 1,008374 по шкале атомных весов, а масса нейтрона равна 1,008665. При превращении нейтрона в электрон и протон масса 0,00029 «исчезает». В действительности она превращается в кинетическую энергию вылетающей?-частицы, равную примерно 320 кэв.

Рис. 4. Излучение?-частицы.

Такое объяснение кажется удовлетворительным, поэтому подведем итог, используя по возможности простую систему символов. Обозначим нейтрон n, протон p + , электрон е - и запишем уравнение излучения?-частицы:

n ? р + + е - .

Наши рассуждения только косвенно отражают то, что происходит внутри ядра. В действительности нельзя заглянуть внутрь ядра и увидеть, как протон превращается в нейтрон, когда вылетает заряженный электрон. По крайней мере, до сих пор нельзя. А можно ли наблюдать отдельные нейтроны в свободном состоянии? Будут ли они, так сказать, на наших глазах превращаться в протоны и испускать быстрые электроны?

В 1950 году физикам удалось, наконец, получить ответ. Свободные нейтроны время от времени распадаются и превращаются в протоны, причем происходит это не часто. Каждый раз, когда нейтрон претерпевает такое изменение, излучается электрон.

Нейтроны существуют в свободном состоянии до тех пор, пока не произойдет распад, и вопрос о том, как долго длится этот период, очень важен. Когда конкретно нейтрон претерпит радиоактивный распад, - сказать невозможно. Процесс этот носит случайный характер. Один нейтрон существует, не распадаясь, одну миллионную долю секунды, другой - пять недель, третий - двадцать семь миллиардов лет. Тем не менее, для большого количества частиц одного типа с достаточной степенью точности можно предсказать, когда распадется определенный процент их. (Аналогичным образом страховой статистик не может предсказать, как долго будет жить отдельный человек, но для большой группы людей определенного возраста, профессии, места жительства т. д. со значительной точностью он может предсказать, через сколько времени половина из них умрет.)

Время, в течение которого распадается половина частиц данного типа, называют обычно периодом полураспада частицы. Этот термин был введен Резерфордом в 1904 году. Каждый вид частиц имеет свой собственный характерный период полураспада. Например, период полураспада урана-238 4,5·10 9 лет, тория-232 гораздо больше - 1,4·10 10 лет. Поэтому уран и торий до сих пор встречаются в значительных количествах в земной коре, несмотря на то что в каждый момент некоторые из их атомов распадаются. В течение всей пятимиллиардной истории Земли распалась только половина запасов урана-238 и гораздо меньше половины запасов тория-232.

Некоторые радиоактивные ядра гораздо менее стабильны. Например, когда уран-238 излучает?-частицу, он превращается в торий-234. Период полураспада тория-234 только 24 дня, поэтому в земной коре имеются лишь следы этого элемента. Он очень медленно образуется из урана-238 и, образовавшись, очень быстро распадается.

Распадаясь, торий-234 излучает?-частицу. Внутри ядра тория нейтрон превращается в протон. Это превращение тория-234 происходит с такой скоростью, что период полураспада равен двадцати четырем дням, В других радиоактивных изотопах нейтроны гораздо медленнее превращаются в протоны. Например, калий-40 излучает?-частицы с периодом полураспада 1,3·10 9 лет. Некоторые изотопы вовсе не подвержены радиоактивному распаду. Так, в ядрах атомов кислорода-16, насколько известно, ни один нейтрон сам по себе не превращается в протон, т. е. период полураспада бесконечен. Однако нас больше всего интересует период полураспада свободного нейтрона. Свободный нейтрон не окружен другими частицами, которые делали бы его более или менее стабильным, удлиняя или укорачивая его период полураспада, т. е. в случае свободного нейтрона мы имеем, так сказать, неискаженный период полураспада. Оказывается, он равен примерно двенадцати минутам, следовательно, половина из триллиона нейтронов превращается в протоны и электроны в конце каждой двенадцатой минуты.

Послеобеденные замечания о природе нейтрона Ж. Вервье Речь при закрытии Антверпенской конференции 1965 г. В ходе настоящей конференции мы слышали много интересных суждений об объекте, называемом «Нейтрон», от различных ученых из самых разных стран. Мы должны, однако,