Закон - гейгер
Cтраница 2
Между максимальной энергией испускаемого ( j - излучения и константой распада радиоактивного изотопа не существует зависимости, аналогичной закону Гейгера и Нэттола, но общая тенденция увеличения энергии с уменьшением продолжительности жизни изотопа соблюдается и здесь. Форма кривой, характеризу ющей распределение р-частиц по их энергии, сходна у различных радиоактивных изотопов. [17]
Среднее время жизни RaC, слишком короткое для того, чтобы его можно было определить путем непосредственною измерения распада RaC, было сначала вычислено экстраполированием закона Гейгера и Нэттола. Период полураспада при таком способе его определения был найден равным около 10 - 8 сек. Якобсен [1] предпринял определение периода при помощи метода, очень остроумный принцип которого состоит в следующем. Атом RaC, распадаясь, испускает р-частицу и превращается в атом RaC, который за счет отдачи выбрасывается в вакуум в направлении, обратном р-частице, и движется со скоростью, вычисляемой из условия равенства импульсов электрона и атома. Коллиматор вырезает узкий пучок атомов RaC, распад которых в направлении, перпендикулярном к пучку, наблюдается методом сцинтилляций. Расстояние, отделяющее радиоактивный источник от зоны наблюдения, пропорционально времени, протекшему между образованием атома RaC и его распадом. Согласно закону радиоактивных превращений, число наблюдаемых сцинтилляций должно спадать по экспоненте в зависимости от расстояния. [18]
Непонятной осталась только природа закона Гейгера - Нэттола, который никак не следует из энергетической схемы а-распада. [19]
Формула (81.12) выражает зависимость постоянной распада от энергии выбрасываемых частиц. Она должна содержать в себе закон Гейгера - Нэттола. [20]
Особенности кривой, изображенной на рис. 36, объясняют существование практической границы а-распада тяжелых ядер при Z 82, наличие а-радиоактивности среди редкоземельных ядер, наличие длиннопробежных а-частиц у двух изотопов Ро и существование нижней границы для возможных значений кинетической энергии а-частиц. Все эти особенности а-распада обусловлены тем, что в соответствии с законом Гейгера - Нэтто-ла а-распад можно экспериментально обнаружить только в том случае, когда энергия а-распада достаточно велика. [21]
Только для ядер ThC ( 84Ро212) и RaC ( 84Ро214) Ят всего на несколько порядков больше адл, благодаря чему длиннопробежные а-частицы этих ядер и были обнаружены. Сравнительно большая вероятность испускания этими ядрами длиннопробежных сс-частиц указывает ( в соответствии с законом Гейгера - Нэттола) на относительно высокую кинетическую энергию этих частиц т.е. на большую, чем обычно, разность энергетических состояний исходного и конечного ядер. Конечными ядрами в обоих случаях являются ядра свинца с Z 82, что еще раз указывает на особую устойчивость ядер, содержащих 82 протона, по сравнению с соседними ядрами. [22]
При изучении свойств а-радиоактивных изотопов было замечено, что с возрастанием энергии испускаемых при распаде а-частиц, меняющейся в трех природных радиоактивных семействах в пределах от 4 до 9 Мэв, очень сильно возрастает скорость радиоактивного распада. Действительно, периоды полураспада природных а-радиоактивных изотопов меняются в пределах от 14 млрд. лет до 3 10 - 7 сек. Количественно связь между периодом полураспада и энергией а-частиц выражается законом Гейгера - Нэттола: lg Ti / s A - Big E, причем константы А я В имеют различные значения для каждого из трех радиоактивных семейств. [23]
Из таблицы следует, что пробег а-частицы в воздухе относительно мал. Биологическая защита для а-радиоактивного излучателя не требуется, так как слой воздуха толщиной около 10 см уже является надежной защитой. Связь между начальной скоростью а-частицы и периодом полураспада вещества выражается законом Гейгера - Нат-тола: чем меньше период полураспада элемента, тем более быстрые а-ч астицы испускаются им. [24]
Теория а-распада связывает между собой не только постоянную распада К и кинетическую энергию Та, но также еще и заряд Z и радиус R ядра. Все эти константы достаточно хорошо известны для очень большого количества - радиоактивных ядер, число которых существенно увеличилось в последние годы за счет большого количества искусственно полученных ядер. Поэтому в настоящее время теория а-распада может быть проверена более точно, чем это позволяет сделать закон Гейгера - Нэттола. [25]
Искусственно а-радиоактивность может быть получена и. Наоборот, периоды полураспада а-радиоактивных ядер изменяются в очень широких пределах: от 10 - 7 сек до 2 - 1017 лет. Эта особенность а-распада была установлена экспериментально в виде закона Гейгера - Нзттол-ла и объяснена теоретически с помощью квантовомеханического процесса просачивания микрочастиц через потенциальный куло-новский барьер. [26]
В волновой механике, рассматривая стенки кратера, мы встречаемся точно с таким же положением вещей. Если стенки имеют конечную высоту и ширину, то стоячие волны внутри кратера никоим образом не ограничены-его размерами - в ослабленном виде они проникают сквозь стенки, превращаясь снаружи в расходящиеся волны. Ясно, что квадрат амплитуды будет стремительно уменьшаться по мере увеличения толщины барьера; особенно существенна при этом его толщина на той высоте, которая соответствует энергии а-частицы ( см. фиг. Поэтому у быстрых а-частиц гораздо больше шансов покинуть ядро; это качественно соответствует закону Гейгера и Нуттала. Точный анализ ( приложение 30) приводит к сравнительно сложной формуле аналогичного характера. При выводе этой формулы не нужны какие-либо специальные предположения о внутреннем устройстве энергетического кратера: фактически существенны только его радиус и высота. [27]
Тонкая структура а-спектров встречается довольно часто. Наибольшее число линий тонкой структуры наблюдается у а-спектров, соответствующих переходам на возбужденные уровни несферических ядер. Это объясняется тем, что у таких ядер имеются уровни с небольшой энергией возбуждения, связанные с вращением ядра. А переходы именно на такие уровни ( расположенные вблизи от основного состояния ядра) и порождают а-частицы с близкими энергиями, которые в соответствии с законом Гейгера - Нэттола должны испускаться со сравнимыми вероятностями. Изучение тонкой структуры а-спектров представляет значительный интерес в связи с тем, что оно позволяет построить схему энергетических уровней конечного ядра, образующегося при а-распаде. [28]
Таким образом, поступательная энергия свободно движущейся частицы изменяется не непрерывно, а на дискретные величины. Поскольку Л2 очень мало, разность энергий имеет заметное значение только при условии, что т и а также очень малы. В действительности для больших частиц уровни настолько близки, что для всех целей энергию частицы в ящике можно считать изменяющейся непрерывно; только для таких частиц, как электрон ( т очень мало), находящихся в ящике молекулярных или атомных размеров ( а, Ъ и с очень малы), можно наблюдать квантование энергии. Этот важный результат будет использован позднее ( см. стр. Если стенки ящика не являются ни бесконечно высокими, ни бесконечно толстыми, волновая функция частицы простирается и за пределы ящика. Это означает, что хотя классическая частица может находиться только внутри ящика, волновая механика предсказывает конечную вероятность нахождения частицы и вне ящика, даже если полная энергия частицы заметно меньше высоты потенциального барьера. Это обстоятельство известно под названием туннельного эффекта. Как и следовало ожидать, он проявляется только у очень маленьких частиц. Можно показать, что а-частицы внутри радиоактивного ядра не обладают энергией, достаточной ( классически) для того, чтобы преодолеть потенциальный барьер, удерживающий частицы в ядре. Однако частицы преодолевают этот барьер. Как говорят, они тугчелируют сквозь барьер; количественная разработка этой теории привела к объяснению наблюдаемых соотношений ( закон Гейгера - Нуталла) между энергией а-частиц и периодом полураспада ядер, испускающих эти частицы. [29]
Страницы: 1 2