БЕТА-РАСПАД
БЕТА-РАСПАД (b-распад), самопроизвольные (спонтанные) превращения нейтрона n в протон р и протона в нейтрон внутри атомного ядра (а также превращение в протон свободного нейтрона), сопровождающиеся испусканием электрона е- или позитрона е+ и электронных антинейтрино v^e или нейтрино ve. Известны два вида бета-распада:
1) b--распад: n®p+e-+v^e, при котором образуется ядро с числом протонов Z на единицу больше, чем у исходного ядра, напр.: 146С®147N+е-+v^e.
Простейшим примером b- -распада является распад свободного нейтрона.
2) Позитронный бета-распад (b+ -распад): p®n+e++ve, при котором образуется ядро с Z на единицу меньше, чем у исходного ядра, напр.: 116C®115B+e++ve.
К бета-распаду относят также процесс поглощения ядром атома электрона с испусканием ve (электронный захват). При электронном захвате, как и при позитронном бета-распаде, один из протонов ядра превращается в нейтрон: р+е-®n+ve, и число протонов Z уменьшается на единицу, напр.: 47Be+e-®73Li+ve.
Родственными бета-распаду являются процессы взаимодействия нейтрино и антинейтрино с ядрами:
ve+AZX®Z+1AX+e-, v^e+AZX®AZ-1X+e+ (А - массовое число ядер X).
Бета-распад обусловлен слабыми взаимодействиями. Периоды полураспада T1/2 бета-активных ядер варьируются от 10-2 с до 10 18 лет. Бета-распад наблюдается и у тяжёлых и у лёгких ядер. Устойчивость ядер зависит от соотношения чисел протонов Z и нейтронов N. С ростом Z увеличивается энергия кулоновского отталкивания протонов. Поэтому у средних и тяжёлых стабильных ядер значение (N-Z)>0. Ядра, у которых N больше, чем требуется для их стабильности, радиоактивны и могут испытывать b- - распад; ядра, у которых N слишком мало, могут испытывать b+ - распад или электронный захват. Полная энергия ξП, выделяющаяся при бета-распаде, распределяется главным образом между двумя частицами, например, между е- и v^e. Некоторую очень малую её долю (~ξ2П/Мс2, где М - масса ядра) уносит остаточное ядро, испытывающее при бета-распаде «отдачу». Распределение вылетающих электронов по энергиям N (ξ) называют b-спектром. Общие свойства b-спектров - непрерывность и наличие максимальной энергии ξмакс- верхней границы b-спектра. Именно на основании этих свойств b-спектров швейцарский физик В. Паули в 1930 предсказал существование нейтрино. Форма b-спектра может зависеть от состояний исходного и образовавшегося ядер (спина, чётности и др.). При малых энергиях вылетающей заряженной частицы (е- или е+ ) форма b-спектра искажается влиянием кулоновского взаимодействия между ядром и электроном или позитроном, бета-распад часто происходит не только на основной уровень, но и на возбуждённые уровни конечного ядра. Если распад идёт на несколько уровней, то b-спектр приобретает сложную форму. Теория бета-распада была создана в 1934 итальянским физиком Э. Ферми по аналогии с электродинамикой, где испускание и поглощение фотонов рассматривается как результат взаимодействия заряда с создаваемым им самим электромагнитным полем (фотоны возникают в момент испускания). Процесс бета-распада рассматривается как результат взаимодействия нуклона с электронно-нейтринным полем: нуклон переходит в другое состояние, испуская е~ или е+ и v^e или ve.