Радиохимия. Предмет и задачи радиохимии. История развития радиохимии. Особенности радиохимии

• Название: Предмет и задачи радиохимии. История развития радиохимии. Особенности радиохимии
• Анкор: Радиохимия
• Дата: 19.11.2019
• Размер: 0.49 Mb.
• Имя файла: Radiokhimia.docx
• Тип: Документы; #95990
• страница: 3 из 5

Спонтанное деление — физический процесс, представляющий собой самопроизвольный распад тяжёлых атомных ядер на два (реже три и четыре) осколка-ядра элементов середины периодической системы элементов.

Cамопроизвольное (спонтанное) деление тяжёлых ядер — разновидность радиоактивного распада ядер. Впервые обнаружено у ядер урана Г. Н. Флёровым и К. А. Петржаком в 1940. Спонтанное деление ядер подобно альфа-распаду происходит путём туннельного перехода. Как и во всяком туннельном переходе вероятность спонтанного деления ядер очень сильно (экспоненциально) зависит от высоты барьера деления. Для изотопов U и соседних с ним элементов высота барьера деления V_f =6 МэВ. При небольших (1 МэВ) вариациях высоты барьера период спонтанного деления ядер изменяется в 10³⁰ раз.

На рис. даны периоды спонтанного деления ядер в зависимости от параметра делимости Z²/A (Z — атомный номер, А — массовое число), определяющего высоту барьера V_f.

Зависимость периодов T_1/2спонтанного деления ядер от параметра Z²/A.



Спонтанное деление ядер является доминирующим каналом распада сверхтяжёлых ядер, вследствие чего именно этим процессом определяется возможность существования ядер с большими Z, т. е. граница периодической системы элементов. Для U и Pu характерно асимметричное(по массе) деление, по мере роста А оно приближается к симметричному.
Спонтанное деление наблюдается только у ядер тяжелых элементов с Z≥90. Спонтанное деление часто сопровождается испусканием из каждого исходного ядра 2-3 нейтронов. Обнаружено также происходящее с очень малой вероятностью резко несимметричное спонтанное деление ядер с Z≥88 с испусканием в качестве легких осколков ядер ¹⁴С, ²²Na, ²⁸Mg и др. Подобное деление иногда рассматривают как ¹⁴С-радиоактивность, ²²Na-радиоактивность. и т.д. Другое название этого типа деления – кластерная радиоактивность. Спонтанное деление обозначают знаком f, например, спонтанное деление ядер ²³⁸U записывают: ²³⁸U(f, 2n) ¹⁴⁴Ba, ⁹²Kr.

8

Экзотические типы распада. Протонная радиоактивность ядер. Нейтронная радио-активность. Запаздывающие альфа-частицы. Двойной бета-распад. Кластерная ра-диоактивность.

Испускание гамма-излучения не приводит к превращениям элементов.
В ходе ядерной реакции суммарный электрический заряд и число нуклонов сохраняются. Ядерные реакции бывают двух типов: эндотермические(с поглощением энергии) и экзотермические (с выделением энергии). Если сумма масс исходного ядра и частиц, больше суммы масс конечного ядра и испускаемых частиц, то энергия выделяется, и наоборот.
Протонная радиоактивность - испускание протона при спонтанном распаде ядра. Возможные механизмы: 1) эмиссия запаздывающих протонов (ЗП) возбуждёнными дочерними ядрами, образовавшимися в результате бета-распада ядер  или электронного захвата (при этом энергия-распада больше энергии связи протонав дочернем ядре; 2) протонный распад изомеров, происходящий, если энергия возбуждения изомера превышает ; 3)протонный распад ядра из основного состояния, аналогичный альфа-распаду; 4) пересыщенные протонами ядра, чётные по Z, за счёт спаривания протонов могут оказаться нестабильными относительно испускания двух протонов одновременно.
В реакции, идущей с образованием составного ядра ¹⁵⁴Hf: ⁵⁸Ni + ⁹⁶Ru → ¹⁵⁴Hf → ¹⁵¹Lu + p +2n - в энергетическом спектре вылетающих частиц, была обнаружена монохроматическая линия с энергией 1.19 МэВ. Анализ результатов эксперимента показал, что наблюдаемую линию следует приписать распаду образовавшегося изотопа ¹⁵¹Lu с испусканием протона из основного состояния ядра ¹⁵¹Lu(J^P = 11/2⁺) → ¹⁵⁰Yb(J^P = 0⁺) + p.

Наблюдение протонной радиоактивности является прямым указанием на то, что в этой области ядер проходит граница протонной радиоактивности. Как правило протонная радиоактивность приводит к образованию β-радиоактивных изотопов, которые затем распадаются последовательностью β+ -распадов и е-захватов.
 В отличие от протонной радиоактивности в случае нейтронной радиоактивности период полураспада с испусканием нейтрона определяется в основном орбитальным моментом, уносимым нейтроном. Для нейтронов не существует кулоновского потенциального барьера, но существует центробежный потенциальный барьер. 
    При распаде атомных ядер с испусканием нейтронов может сильно изменяться конфигурация начального ядра, что также приводит к увеличению времени жизни радиоактивных ядер.



Увеличение вероятности испускания нейтронов с ростом числа нейтронов в ядре обусловлено увеличением энергии симметрии (принцип Паули запрещает вплотную сближаться двум нуклонам одинакового сорта с одинаковыми ориентациями спинов) Eсимм = 23.6(A-2Z)2 /A

Период полураспада с испусканием нейтрона определяется в основном орбитальным моментом, уносимым нейтроном, т.к. для нейтронов не существует кулоновского потенциального барьера, но существует центробежный потенциальный барьер. При распаде атомных ядер с испусканием нейтронов может сильно изменяться конфигурация начального ядра, что также приводит к увеличению времени жизни радиоактивных ядер.
В природе существуют и более экзотические формы радиоактивности. Одна из них — двойной бета-распад, процесс, в котором сразу два нейтрона превращаются в два протона, а из ядра вылетает сразу два электрона в сопровождении пары нейтрино.

Если ядро может распадаться с испусканием двух электронов и двух антинейтрино, то оно могло бы распадаться и без нейтрино вообще. Этот вариант называется двойной безнейтринный бета-распад (сокращение: ββ0ν). Такой процесс возможен только в том случае, если нейтрино и антинейтрино — это не разные, а одна и та же частица.
Силы спаривания между двумя протонами или двумя нейтронами в ядре приводят к увеличению энергии связи четно-четного ядра по сравнению с четно-нечетным ядром (A,Z±1).

Часто промежуточное ядро-изобар (A,Z±1) обладает большей массой, чем ядра (A,Z) и (A,Z±2), поэтому превращение ядра (A,Z) в более лёгкое ядро (A,Z±2) не может происходить путём двух последовательных β-распадов.


Рис. Энергетическая диаграмма, поясняющая процесс двойного β-распада.

    В этих случаях превращение ядра (A,Z) в ядро-изобар (A,Z±2) может происходить с одновременным испусканием двух электронов или двух позитронов.

При двойном β-распаде атомное ядро (A,Z) испускает два электрона и два антинейтрино или два позитрона и два нейтрино, превращаясь в ядро с тем же массовым числом А (ядро-изобару) и электрическим зарядом больше или меньше на две единицы.

(A,Z) → (A,Z+2) + 2e- + 2e,

A,Z) → (A,Z-2) + 2e+ + 2νe,
К процессам двойного β-распада относятся также процессы типа е-захвата на ядре (A,Z) с последующим образованием в конечном состоянии позитрона и двух нейтрино: e- + (A,Z) → (A,Z-2) + e+ + 2νe,
а также процесс двойного электронного захвата: 2e- + (A,Z) → (A,Z-2) + 2νe.