Материал: Пустынский Л.Н. Конспект лекций по Ядерной физике

кинетической энергии.

В 1911 г. Г. Гейгер эмпирически установил, что в области пробегов α-частиц 2,5 ÷ 6 см зависимость между средней длиной пробега Rα в воздухе для α-частиц и их кинетической энергией Тα может быть представлена в виде

что позволило измерять кинетическую энергию α-частиц по длине пробега.

Особо точно измерять кинетическую энергию α-частиц оказалось возможным с помощью магнитного α-спектрометра, принцип действия которого аналогичен масс-спектрометру (рис. 1.3.1). Согласно формуле (1.3.8), радиус R окружности, по которой движется заряженная частица в однородном магнитном поле с индукцией В, прямо пропорционален ее импульсу. Если масса и заряд всех частиц одинакова, как в случае -частиц, то выполняется анализ скоростей или кинетических энергий -частиц.

Измерения показали, что кинетическая энергия T -частиц при распаде ядер различных нуклидов меняется в пределах 4 - 9 МэВ.

Вместе с тем при измерении энергии α-частиц с помощью α- спектрометра было установлено, что кроме основной энергетической группы, имеющей наибольшую интенсивность, часто наблюдаются группы α-частиц с меньшими энергиями. α-Частицы с меньшей, чем у основной группы, энергией имеют меньший пробег в воздухе и были названы короткопробежными α-частицами. Энерге-

а– короткопробежные α-частицы;

б– длиннопробежные α-частицы

тельные выходы короткопробежных α-частиц обычно существенно ниже, так как прозрачность (см. ниже) кулоновского барьера меньше

для -распадов с меньшим значением Тα.

Испускание короткопробежных частиц всегда сопровождается γ- излучением соответствующей энергии, что свидетельствует о возбуждении дочернего ядра. Поскольку

может возникать вполне закономерный набор дискретных значений энергий α-частиц и возбужденных дочерних ядер. Это поясняет диаграмма на рис. 3.4.2, где показана схема -распада ядра 235U. Энергия каждого состояния ядра откладывается по условной оси, направленной вверх, и отмечается соответствующей горизонтальной линией, называемой уровнем. Возле каждого уровня при необходимости могут указываться энергия, спин и четность. Условная горизонтальная ось представляет изменение Z ядра. α-Переходы показаны стрелками, идущими сверху вниз налево, и указывают, что энергия и порядковый номер дочернего нуклида становятся меньше материнского, и происходит смещение влево по строке таблицы Менделеева (уменьшается Z). Слева от уровней возбужденного дочернего ядра (в данном случае это ядро 231Th) указаны энергии возбуждения в МэВ, а вертикальными стрелками – γ-переходы. Энергия каждой группы α-частиц определяется с помощью формулы (3.4.9), в которой используется энергия Евозб, соответствующая данному возбужденному уровню дочернего ядра 231Th.

В некоторых случаях возникающее в результате предшествующе-

99

го -распада -активное ядро может оказаться в возбужденном состоянии. Если периоды полураспада таких ядер относительно α- распада составляют 10-7 ÷ 10-5 с, то небольшая часть возбужденных ядер может испытать -распад прежде, чем перейдет в основное состояние с испусканием γ-кванта. При этом к энергии -распада (3.4.4) добавляется энергия возбуждения материнского ядра, и появляются -частицы с кинетической энергией большей, чем для - частиц из основного состояния. Такие -частицы носят название длиннопробежных (см. рис.3.4.1). Примерами являются нуклиды 212Ро и 214Ро, у которых периоды полураспада по отношению испускания α-частиц из основных состояний равны соответственно 3·10-7

и 2·10-4 с.

100