- •Кислицын А.А. Физика атома, атомного ядра и элементарных частиц
- •Гамма-излучение ядер.
- •Возбужденные ядра образуются при бета-распаде в
- •Пример образования ядра в возбужденном состоянии, в результате которого возникает гамма- излучение: бета-распад
- •Пример образования ядра в возбужденном состоянии, в результате которого возникает гамма- излучение: бета-распад
- •Внутренняя конверсия электронов.
- •Явление внутренней конверсии при бета-
- •Ядерная изомерия.
- •Ядро-изомер индий-115
- •Явление изомерии открыл в 1921 году немецкий фи- зик Отто Ган. Он обнаружил,
- •В настоящее время известно ок. 300 ядер-
- •Эффект Мессбауэра.
- •Энергия отдачи ядра при испускании гамма-кванта
- •Т.к. энергия отдачи ядра равна примерно 5 эв, а естествен- ная ширина уровня
- •Гравитационное смещение длины волны.
Кислицын А.А. Физика атома, атомного ядра и элементарных частиц
39.(0). Гамма-излучение ядер. Внутренняя конверсия электронов. Ядерная изомерия. Эффект Мессбауэра.
Гамма-излучение ядер.
Гамма-излучение возникает при переходе атомных
ядер из возбужденного состояния в основное; при
этом число протонов и нейтронов в ядре не меня- ется. Т.к. энергетические уровни ядра дискретны,
то и спектр гамма-излучения всегда дискретный.
Обычно энергия гамма-квантов лежит в пределах от 10 кэВ до 5 МэВ (соответственно длина волны от 10-10 до 2·10-13 м). Переход ядра из возбужденно- го состояния в основное может быть однократным
(когда ядро после испускания одного кванта сразу
переходит в нормальное состояние) или каскад- ным, когда переход осуществляется в результате
последовательного испускания нескольких гамма-
квантов.
Возбужденные ядра образуются при бета-распаде в
тех случаях, когда распад материнского ядра в ос-
новное состояние дочернего ядра оказывается за- прещенным. В этих случаях дочерние ядра обра-
зуются в возбужденных состояниях, а затем, излу-
чая гамма-кванты, переходят на основной уро- вень.
Возбужденные ядра могут возникать также в резуль- тате предшествующего альфа-распада. Но гамма-
кванты, испускаемые в этих случаях, обычно име-
ют небольшую энергию (не более 0.5 МэВ). Объяс- няется это тем, что энергия альфа-частицы долж-
на быть достаточной не только для преодоления
потенциального барьера, но и для сильного воз- буждения дочернего ядра.
Пример образования ядра в возбужденном состоянии, в результате которого возникает гамма- излучение: бета-распад ядра натрия-24. Гамма-кванты излучаются ядрами магния-24
Пример образования ядра в возбужденном состоянии, в результате которого возникает гамма- излучение: бета-распад ядра кобальта-60. Гамма-кванты излучаются ядрами никеля-60
Внутренняя конверсия электронов.
Возбужденное ядро может перейти в основное сос-
тояние не только путем испускания гамма-кванта,
но и путем прямой передачи энергии возбуждения одному из электронов атомных оболочек (K-, L-, M-
электрону и т.д.). Этот процесс, конкурирующий с
гамма-излучением, наз. внутренней конверсией электронов, а сами электроны - электронами внут- ренней конверсии. Энергия Ee такого электрона ра- вна Ee = E - I,
где E - энергия перехода ядра из возбужденного сос-
тояния в основное, - энергия связи электрона в электронной оболочке атома (потенциал иониза- ции). Конверсионные электроны моноэнергетичны, и это отличает их от электронов бета-распада.
Явление внутренней конверсии при бета-
распаде 203Hg80 → 203Tl81
Ядерная изомерия.
Среднее время жизни ядер в возбужденном состоя-
нии от 10-7 до 10-11 с. Но при сочетании высокой
степени запрета с малыми расстояниями между энергетическими уровнями могут возникать долго-
живущие (метастабильные) гамма-активные ядра с
макроскопическими временами жизни (минуты, часы, дни и даже годы). Такие возбужденные ме- тастабильные ядра называются изомерами. Такие ядра проявляют свойства, присущие как бы друго-
му ядру с теми же числами A и Z. У них другая мас-
са (из-за другой энергии связи), они могут прояв- лять радиоактивность с другими характеристиками
по сравнению с основным состоянием того же яд-
ра.
Ядро-изомер индий-115
Явление изомерии открыл в 1921 году немецкий фи- зик Отто Ган. Он обнаружил, что при бета-распаде
ядра 234Th90 получаются два вида радиоактивных
ядер изотопа протактиния 234Pa91, которые имеют
различные периоды полураспада (6.4 часа и 1.22
мин).
Аналогичное явление открыл в 1935 году И.В.Курча-
тов у ядер радиоактивного изотопа 80Br35, который образуется в результате облучения нейтронами
ядер стабильного изотопа 79Br35. Возбужденное ядро 80Br35 может распадаться двумя способами (I и II).
При распаде 1-м способом ядро за 10-13 с пе-
реходит в основное состояние, а затем происходит
бета-распад с T1/2 = 18 мин. При распаде 2-м спо-
собом быстро переходит в метастабильное, а за-
тем медленно (с T1/2 = 4.4 часа) в основное, с по-
следующим бета-распадом с тем же T1/2 = 18 мин.