अल्फा, बीटा और गामा का क्षय होता है। परमाणु नाभिक और प्राथमिक कणों के भौतिकी के तत्व
| मापदण्ड नाम | अर्थ |
| लेख का विषय: | अल्फा क्षय |
| रूब्रिक (विषयगत श्रेणी) | रेडियो |
क्षय अवस्था.अल्फा क्षय भारी नाभिक की विशेषता है, जिसमें वृद्धि होती है एप्रति न्यूक्लियॉन बंधन ऊर्जा में कमी देखी गई है। द्रव्यमान संख्या के इस क्षेत्र में, नाभिक में न्यूक्लियॉन की संख्या में कमी से अधिक मजबूती से बंधे नाभिक का निर्माण होता है। साथ ही, ऊर्जा में कमी के साथ लाभ भी होता है एएक नाभिक में एक न्यूक्लियॉन की बंधन ऊर्जा से बहुत कम है, इसलिए, एक प्रोटॉन या न्यूट्रॉन का उत्सर्जन, जिसकी बंधन ऊर्जा नाभिक के बाहर शून्य के बराबर है, असंभव है। 4 Ne नाभिक का उत्सर्जन ऊर्जावान रूप से अनुकूल होता है, क्योंकि किसी दिए गए नाभिक में एक नाभिक की विशिष्ट बंधन ऊर्जा लगभग 7.1 MeV होती है। अल्फा क्षय संभव है यदि उत्पाद नाभिक और अल्फा कण की कुल बंधन ऊर्जा मूल नाभिक की बंधन ऊर्जा से अधिक है। या सामूहिक इकाइयों में:
M(A,Z)>M(A-4, Z-2) + M α (3.12)
न्यूक्लियंस की बंधन ऊर्जा में वृद्धि का मतलब अल्फा क्षय के दौरान जारी ऊर्जा की मात्रा से बाकी ऊर्जा में कमी है ई α. इस कारण से, यदि हम उत्पाद नाभिक के भीतर अल्फा कण को समग्र रूप से कल्पना करते हैं, तो इसे सकारात्मक ऊर्जा के बराबर स्तर पर कब्जा करना चाहिए ई α(चित्र 3.5)।
चावल। 3.5. एक भारी नाभिक में अल्फा कण के ऊर्जा स्तर का आरेख
जब एक अल्फा कण नाभिक छोड़ता है, तो यह ऊर्जा क्षय उत्पादों की गतिज ऊर्जा के रूप में मुक्त रूप में जारी होती है: अल्फा कण और नया नाभिक। गतिज ऊर्जा इन क्षय उत्पादों के बीच उनके द्रव्यमान के विपरीत अनुपात में वितरित की जाती है और, चूंकि अल्फा कण का द्रव्यमान नवगठित नाभिक के द्रव्यमान से बहुत कम है, लगभग सभी क्षय ऊर्जा अल्फा कण द्वारा ले ली जाती है। Τᴀᴋᴎᴍ ᴏϬᴩᴀᴈᴏᴍ, बड़ी सटीकता के साथ। ई αक्षय के बाद अल्फा कण की गतिज ऊर्जा है।
साथ ही, कूलम्ब संभावित अवरोध द्वारा ऊर्जा की रिहाई को रोका जाता है यूके(चित्र 3.5 देखें), जिसके अल्फ़ा कण द्वारा पारित होने की संभावना छोटी है और घटने के साथ बहुत तेज़ी से घटती है ई α. इस कारण से, संबंध (3.12) अल्फा क्षय के लिए पर्याप्त स्थिति नहीं है।
किसी आवेशित कण के नाभिक में प्रवेश करने या बाहर निकलने के लिए कूलम्ब अवरोध की ऊंचाई उसके आवेश के अनुपात में बढ़ जाती है। इस कारण से, कूलम्ब अवरोध एक भारी नाभिक से अन्य मजबूती से बंधे प्रकाश नाभिकों के भागने में और भी बड़ी बाधा उत्पन्न करता है, जैसे 12 सीया 16 ओ. इन नाभिकों में एक न्यूक्लियॉन की औसत बंधन ऊर्जा नाभिक से भी अधिक होती है 4 नहीं, इसके संबंध में, कई मामलों में, एक नाभिक का उत्सर्जन 16 ओक्रमिक रूप से चार अल्फा कणों को उत्सर्जित करने के बजाय, यह ऊर्जावान रूप से अधिक अनुकूल होगा। इस मामले में, नाभिक की तुलना में नाभिक का उत्सर्जन भारी होता है 4 नहीं, दिखाई नहीं देना।
पतन की व्याख्या.अल्फा क्षय के तंत्र को क्वांटम यांत्रिकी द्वारा समझाया गया है, क्योंकि शास्त्रीय भौतिकी के ढांचे के भीतर यह प्रक्रिया असंभव है। केवल तरंग गुणों वाला एक कण ही संभावित कुएं के बाहर दिखाई दे सकता है ई α . इसके अलावा, यह पता चला है कि केवल एक के बराबर संभावना के साथ असीम रूप से व्यापक चौड़ाई का एक संभावित अवरोध, संभावित कुएं के भीतर एक कण की उपस्थिति को सीमित करता है। यदि अवरोध की चौड़ाई सीमित है, तो संभावित अवरोध से आगे बढ़ने की संभावना मौलिक रूप से हमेशा शून्य से भिन्न होती है। सच है, बाधा की चौड़ाई और ऊंचाई बढ़ने के साथ यह संभावना तेजी से कम हो जाती है। क्वांटम यांत्रिकी का उपकरण बाधा पारदर्शिता या संभाव्यता के लिए निम्नलिखित अभिव्यक्ति की ओर ले जाता है ω किसी कण के उसकी दीवार से टकराते समय संभावित अवरोध से बाहर होने के लिए:
(3.13)
यदि हम एक त्रिज्या वाले गोलाकार विभव के अंदर एक अल्फा कण की कल्पना करते हैं आर, गति से चल रहा है वी α, तो गड्ढे की दीवारों पर प्रभावों की आवृत्ति होगी वी α/आर, और फिर प्रति यूनिट समय में एक अल्फा कण के नाभिक छोड़ने की संभावना, या क्षय स्थिरांक, दीवार के साथ एक टकराव में बाधा को पार करने की संभावना के गुणा प्रति यूनिट प्रयासों की संख्या के उत्पाद के बराबर होगी:
, (3.14)
कुछ अनिश्चित गुणांक कहां है, क्योंकि ऐसे प्रावधान स्वीकार किए गए थे जो सच्चाई से बहुत दूर थे: अल्फा कण नाभिक में स्वतंत्र रूप से नहीं चलता है, और सामान्य तौर पर नाभिक की संरचना में कोई अल्फा कण नहीं होते हैं। यह अल्फा क्षय के दौरान चार न्यूक्लियॉन से बनता है। मान का अर्थ नाभिक में एक अल्फा कण के बनने की संभावना से है, जिसके संभावित कुएं की दीवारों से टकराव की आवृत्ति बराबर होती है वी α/आर.
अनुभव से तुलना.निर्भरता (3.14) के आधार पर, अल्फा क्षय के दौरान देखी गई कई घटनाओं को समझाया जा सकता है। अल्फा-सक्रिय नाभिक का आधा जीवन जितना लंबा होगा, ऊर्जा उतनी ही कम होगी ई αअल्फा कणों के क्षय के दौरान उत्सर्जित। इसके अलावा, यदि आधा जीवन एक माइक्रोसेकंड के अंश से लेकर कई अरब वर्षों तक भिन्न होता है, तो परिवर्तन की सीमा ई αद्रव्यमान संख्या वाले नाभिकों के लिए बहुत छोटा और लगभग 4-9 MeV ए>200.अर्ध-जीवन पर नियमित निर्भरता ई αप्राकृतिक α-सक्रिय रेडियोन्यूक्लाइड के प्रयोगों में बहुत पहले खोजा गया था और इसे संबंध द्वारा वर्णित किया गया है:
(3.15)
कहां और वे स्थिरांक हैं जो विभिन्न रेडियोधर्मी परिवारों के लिए थोड़े भिन्न होते हैं।
इस अभिव्यक्ति को आमतौर पर गीजर-नटाल कानून कहा जाता है और यह क्षय स्थिरांक की शक्ति कानून निर्भरता का प्रतिनिधित्व करता है λ से ई αबहुत ऊंची दर के साथ. इतनी तीव्र लत λ से ई αसंभावित अवरोध के माध्यम से अल्फा कण के पारित होने के तंत्र से सीधे अनुसरण होता है। बाधा की पारदर्शिता, और इसलिए क्षय स्थिरांक λ क्षेत्र अभिन्न पर निर्भर है आर 1-आरविकास के साथ तेजी से और तेज़ी से बढ़ता है ई α. कब ई α 9 MeV तक पहुंचता है, अल्फा क्षय के संबंध में जीवनकाल एक सेकंड के छोटे अंश है, ᴛ.ᴇ। 9 MeV की अल्फा कण ऊर्जा पर, अल्फा क्षय लगभग तुरंत होता है। मुझे आश्चर्य है कि इसका मतलब क्या है ई αकूलम्ब बैरियर की ऊंचाई से अभी भी काफी कम है यूके, जो दोहरे आवेश वाले बिंदु कण के लिए भारी नाभिक के लिए लगभग 30 MeV है। एक सीमित आकार के अल्फा कण के लिए अवरोध कुछ कम है और इसका अनुमान 20-25 MeV होना चाहिए। हालाँकि, अल्फा कण द्वारा कूलम्ब संभावित अवरोध को पारित करना बहुत कुशल है यदि इसकी ऊर्जा अवरोध ऊंचाई के एक तिहाई से कम नहीं है।
कूलम्ब अवरोध की पारदर्शिता नाभिक के आवेश पर भी निर्भर करती है, क्योंकि कूलम्ब बैरियर की ऊंचाई इसी चार्ज पर निर्भर करती है। द्रव्यमान संख्या वाले नाभिकों के बीच अल्फा क्षय देखा जाता है ए>200और क्षेत्र में ए~150. यह स्पष्ट है कि कूलम्ब बैरियर पर ए~150इसके लिए अल्फा क्षय की संभावना काफ़ी कम है ई αबहुत बड़ा।
यद्यपि सैद्धांतिक रूप से, अल्फा कण की किसी भी ऊर्जा पर बाधा के माध्यम से प्रवेश की संभावना है, इस प्रक्रिया को प्रयोगात्मक रूप से निर्धारित करने की क्षमता में सीमाएं हैं। 10 17-10 18 वर्ष से अधिक अर्ध-जीवन वाले नाभिक के अल्फा क्षय को निर्धारित करना संभव नहीं है। संगत न्यूनतम मूल्य ई αभारी नाभिक के लिए अधिक और नाभिक के लिए 4 MeV है ए>200और नाभिक के लिए लगभग 2 MeV ए~150. नतीजतन, संबंध की पूर्ति (3.12) आवश्यक रूप से अल्फा क्षय के संबंध में नाभिक की अस्थिरता को इंगित नहीं करती है। यह पता चलता है कि संबंध (3.12) 140 से अधिक द्रव्यमान संख्या वाले सभी नाभिकों के लिए मान्य है, लेकिन क्षेत्र में ए>140इसमें प्राकृतिक रूप से पाए जाने वाले सभी स्थिर न्यूक्लाइड्स का लगभग एक तिहाई हिस्सा होता है।
स्थिरता की सीमा. रेडियोधर्मी परिवार.अल्फा क्षय के संबंध में भारी नाभिक की स्थिरता की सीमाओं को परमाणु शेल मॉडल का उपयोग करके समझाया जा सकता है। जिन नाभिकों में केवल बंद प्रोटॉन या न्यूट्रॉन कोश होते हैं वे विशेष रूप से कसकर बंधे होते हैं। इस कारण से, यद्यपि मध्यम और भारी नाभिक के लिए प्रति न्यूक्लियॉन बंधन ऊर्जा बढ़ने के साथ कम हो जाती है ए, निकट आने पर यह कमी हमेशा धीमी हो जाती है एजादुई संख्या तक और गुजरने के बाद तेज़ हो जाता है एप्रोटॉन या न्यूट्रॉन की जादुई संख्या के माध्यम से। परिणामस्वरूप, ऊर्जा ई αयह न्यूनतम मूल्य से काफी कम हो जाता है जिस पर जादुई नाभिक के लिए अल्फा क्षय देखा जाता है, या नाभिक की द्रव्यमान संख्या जादुई नाभिक की द्रव्यमान संख्या से कम होती है। इसके विपरीत, ऊर्जा ई αमूल्यों से अधिक द्रव्यमान संख्या वाले नाभिकों के लिए अचानक वृद्धि होती है एजादुई नाभिक, और अल्फा क्षय के संदर्भ में न्यूनतम व्यावहारिक स्थिरता से अधिक है।
जन संख्या के क्षेत्र में ए~150अल्फा-एक्टिव वे न्यूक्लाइड होते हैं जिनके नाभिक में जादुई संख्या 82 से अधिक दो या दो से अधिक न्यूट्रॉन होते हैं। इनमें से कुछ न्यूक्लाइड का आधा जीवन पृथ्वी की भूवैज्ञानिक आयु से कहीं अधिक लंबा होता है और इसलिए, उनके प्राकृतिक रूप में प्रस्तुत किए जाते हैं - न्यूक्लाइड 144 एनडी , 147 एस.एम., 149 एस.एम., 152 जी.डी. अन्य परमाणु प्रतिक्रियाओं द्वारा निर्मित हुए थे। उत्तरार्द्ध में संबंधित द्रव्यमान संख्या के स्थिर न्यूक्लाइड की तुलना में न्यूट्रॉन की कमी होती है, और इन न्यूक्लाइड के लिए β + क्षय आमतौर पर अल्फा क्षय के साथ प्रतिस्पर्धा करता है। सबसे भारी स्थिर न्यूक्लाइड है 209 द्वि, जिसके नाभिक में न्यूट्रॉन की जादुई संख्या 126 होती है। बिस्मथ, सीसा बनाने वाले तत्व में प्रोटॉन की जादुई संख्या 82 होती है, और 208 पीबीयह एक दोगुना जादुई न्यूक्लाइड है। सभी भारी नाभिक रेडियोधर्मी होते हैं।
चूंकि अल्फा क्षय के परिणामस्वरूप उत्पाद नाभिक न्यूट्रॉन में समृद्ध होता है, इसलिए बीटा क्षय के बाद कई अल्फा क्षय होते हैं। उत्तरार्द्ध नाभिक में न्यूक्लियंस की संख्या को नहीं बदलता है, इसलिए, द्रव्यमान संख्या वाला कोई भी नाभिक ए>209एक निश्चित संख्या में अल्फा क्षय के बाद ही स्थिर हो सकता है। चूँकि अल्फा क्षय के दौरान न्यूक्लियॉन की संख्या एक बार में 4 इकाइयों से घट जाती है, चार स्वतंत्र क्षय श्रृंखलाओं का अस्तित्व संभव है, प्रत्येक का अपना अंतिम उत्पाद होता है। उनमें से तीन प्रकृति में मौजूद हैं और प्राकृतिक रेडियोधर्मी परिवार कहलाते हैं। प्राकृतिक परिवारों का क्षय सीसे के एक आइसोटोप के निर्माण के साथ समाप्त होता है, चौथे परिवार का अंतिम उत्पाद न्यूक्लाइड होता है 209 द्वि(तालिका 3.1 देखें)।
प्राकृतिक रेडियोधर्मी परिवारों का अस्तित्व तीन लंबे समय तक जीवित रहने वाले अल्फा-सक्रिय न्यूक्लाइड्स के कारण है - 232 थ, 235 यू, 238 यू, जिसका आधा जीवन पृथ्वी की भूवैज्ञानिक आयु (5.10 9 वर्ष) के बराबर है। विलुप्त हो चुके चौथे परिवार का सबसे लंबे समय तक जीवित रहने वाला प्रतिनिधि न्यूक्लाइड है 237 एन.पी- ट्रांसयूरेनियम तत्व नेपच्यूनियम का आइसोटोप।
तालिका 3.1. रेडियोधर्मी परिवार
आज भारी नाभिकों पर न्यूट्रॉन तथा हल्के नाभिकों की बमबारी करके बहुत सारे न्यूक्लाइड प्राप्त किये गये हैं, जो ट्रांसयूरेनियम तत्वों (Z>92) के समस्थानिक हैं। ये सभी अस्थिर हैं और चार परिवारों में से एक से संबंधित हैं।
प्राकृतिक परिवारों में क्षय का क्रम चित्र में दिखाया गया है। 3.6. ऐसे मामलों में जहां अल्फा क्षय और बीटा क्षय की संभावनाएं तुलनीय हैं, कांटे बनते हैं जो अल्फा या बीटा कणों के उत्सर्जन के साथ नाभिक के क्षय के अनुरूप होते हैं। इस मामले में, अंतिम अपघटन उत्पाद अपरिवर्तित रहता है।
चावल। 3.6. प्राकृतिक परिवारों में क्षय पैटर्न.
प्राकृतिक क्षय श्रृंखलाओं के प्रारंभिक अध्ययन के दौरान दिए गए नाम रेडियोन्यूक्लाइड्स को दिए गए हैं।
अल्फा क्षय - अवधारणा और प्रकार। "अल्फा क्षय" 2017, 2018 श्रेणी का वर्गीकरण और विशेषताएं।
भाषण: रेडियोधर्मिता। अल्फ़ा क्षय. बीटा क्षय. इलेक्ट्रॉनिक β-क्षय। पॉज़िट्रॉन β-क्षय। गामा विकिरण
रेडियोधर्मिता
1896 में ए. बेकरेल द्वारा किए गए प्रयोगों के परिणामस्वरूप रेडियोधर्मिता की खोज पूरी तरह से दुर्घटनावश हुई थी। एक्स-रे की हालिया खोज ने वैज्ञानिकों को यह पता लगाने के लिए प्रेरित किया कि क्या वे सूर्य के प्रकाश द्वारा प्रकाशित कुछ तत्वों के परिणामस्वरूप उत्पन्न हुए थे। अपने प्रयोग के लिए बेकरेल ने यूरेनियम नमक चुना।
प्रयोग की गुणवत्ता सुनिश्चित करने के लिए नमक को एक फोटोग्राफिक प्लेट पर रखा गया और काले कागज में लपेटा गया। इस तथ्य के परिणामस्वरूप कि नमक सीधे सूर्य के प्रकाश में कई घंटों तक पड़ा रहा, विकसित फोटोग्राफिक प्लेट में एक तस्वीर थी जो पूरी तरह से नमक क्रिस्टल की रूपरेखा से मेल खाती थी। इस अनुभव ने बेकरेल को एक सम्मेलन में बोलने की अनुमति दी जहां उन्होंने एक्स-रे की नई अभिव्यक्तियों के बारे में बात की। कुछ ही हफ्तों में उन्हें इसी तरह के अध्ययनों से नए परिणामों की घोषणा करनी थी।
हालाँकि, मौसम ने वैज्ञानिक को रोक दिया। चूँकि हर समय बादल छाए रहते थे, नमक फोटोग्राफिक प्लेट के साथ डेस्क की दराज में काले कागज में लिपटा हुआ पड़ा रहता था। हताशा में, वैज्ञानिक ने एक फोटोग्राफिक प्लेट विकसित की, जिसके परिणामस्वरूप उन्होंने देखा कि नमक सूरज की रोशनी के बिना भी अपना निशान छोड़ देता है।
पता चला कि यूरेनियम कुछ प्रकार की किरणें उत्सर्जित करता है, जो कागज में घुसने और प्लेट पर निशान छोड़ने में भी सक्षम हैं।
इस घटना को रेडियोधर्मिता कहा जाता है।
बाद में पता चला कि केवल यूरेनियम ही रेडियोधर्मी नहीं है। क्यूरी परिवार ने थोरियम, पोलोनियम और रेडियम में समान गुणों की खोज की।
रेडियोधर्मी विकिरण के प्रकार
कई प्रयोगों के दौरान जिसमें यूरेनियम को चुंबकीय क्षेत्र में रखा गया था, यह पाया गया कि किसी भी रेडियोधर्मी तत्व में तीन मुख्य प्रकार के विकिरण होते हैं - अल्फा, बीटा और गामा।
चुंबकीय क्षेत्र के संपर्क में आई लेड प्लेट में एक रेडियोधर्मी तत्व रखने के परिणामस्वरूप, स्क्रीन पर तीन धब्बे देखे गए, जो एक दूसरे से कुछ दूरी पर स्थित थे।
1. अल्फा किरणें (अल्फा कण) एक धनात्मक कण है जिसमें 4 न्यूक्लियॉन और दो धनात्मक आवेश होते हैं। यह विकिरण सबसे कमजोर है. आप कागज के एक टुकड़े से भी अल्फा कण की गति की दिशा बदल सकते हैं।
ऐसे क्षय के समीकरण और उदाहरण:
2 . बीटा विकिरण या बीटा कण . यह विकिरण एक नकारात्मक या सकारात्मक इलेक्ट्रॉन (पॉज़िट्रॉन) को बाहर निकालने के परिणामस्वरूप होता है।
3. गामा विकिरण वह विकिरण है जो एक्स-रे के समान विद्युत चुम्बकीय तरंग उत्पन्न करता है।
1.3. रेडियोधर्मी नाभिक के अल्फा क्षय, बीटा क्षय और गामा उत्सर्जन
अल्फा क्षय एक रेडियोधर्मी नाभिक द्वारा हीलियम परमाणु के नाभिक का प्रतिनिधित्व करने वाले अल्फा कणों का सहज उत्सर्जन है। क्षय योजना के अनुसार आगे बढ़ता है
AmZ X → AmZ − − 42 Y + 2 4He . |
में अभिव्यक्ति (1.13) में, अक्षर X क्षयकारी (माँ) नाभिक के रासायनिक प्रतीक को दर्शाता है, और अक्षर Y परिणामी (बेटी) नाभिक के रासायनिक प्रतीक को दर्शाता है। जैसा कि चित्र (1.13) से देखा जा सकता है, पुत्री नाभिक की परमाणु संख्या दो है और द्रव्यमान संख्या मूल नाभिक की तुलना में चार इकाई कम है।
अल्फा कण पर धनात्मक आवेश होता है। अल्फा कण दो विशेषताएँ दर्शाते हैं-
बुनियादी मापदंडों द्वारा: यात्रा की लंबाई (हवा में 9 सेमी तक, जैविक ऊतक में 10-3 सेमी तक) और गतिज ऊर्जा 2...9 MeV की सीमा में।
अल्फा क्षय केवल Am>200 और आवेश संख्या Z>82 वाले भारी नाभिक में देखा जाता है। ऐसे नाभिक के अंदर दो प्रोटॉन और दो न्यूट्रॉन के पृथक कणों का निर्माण होता है। न्यूक्लियॉन के इस समूह का पृथक्करण परमाणु बलों की संतृप्ति द्वारा सुगम होता है, जिससे गठित अल्फा कण व्यक्तिगत न्यूक्लियॉन की तुलना में कम परमाणु आकर्षक बलों के अधीन होता है। साथ ही, अल्फा कण व्यक्तिगत प्रोटॉन की तुलना में नाभिक के प्रोटॉन से अधिक कूलम्ब प्रतिकर्षण बल का अनुभव करता है। यह नाभिक से अल्फा कणों के उत्सर्जन की व्याख्या करता है, न कि व्यक्तिगत न्यूक्लियंस की।
में अधिकांश मामलों में, एक रेडियोधर्मी पदार्थ कई समूहों का उत्सर्जन करता हैसमान लेकिन भिन्न ऊर्जा वाले अल्फा कण, अर्थात्। समूहों में ऊर्जा का एक स्पेक्ट्रम होता है। यह इस तथ्य के कारण है कि एक बेटी नाभिक न केवल जमीनी अवस्था में, बल्कि विभिन्न ऊर्जा स्तरों के साथ उत्तेजित अवस्था में भी उत्पन्न हो सकता है।
अधिकांश नाभिकों के लिए उत्तेजित अवस्थाओं का जीवनकाल भीतर होता है
10 - 8 से 10 - 15 सेकंड तक के मामले। इस समय के दौरान, बेटी का नाभिक जमीन या निचले उत्तेजित अवस्था में चला जाता है, जो पिछले और बाद के राज्यों की ऊर्जा के बीच अंतर के बराबर संबंधित ऊर्जा की गामा क्वांटम उत्सर्जित करता है। एक उत्तेजित नाभिक किसी भी कण का उत्सर्जन कर सकता है: एक प्रोटॉन, न्यूट्रॉन, इलेक्ट्रॉन या अल्फा कण। यह अतिरिक्त ऊर्जा को नाभिक के आसपास की आंतरिक परत में से किसी एक इलेक्ट्रॉन में स्थानांतरित भी कर सकता है। नाभिक से K-परत के निकटतम इलेक्ट्रॉन तक ऊर्जा का स्थानांतरण गामा क्वांटम के उत्सर्जन के बिना होता है। ऊर्जा प्राप्त करने वाला इलेक्ट्रॉन परमाणु से बाहर निकल जाता है। इस प्रक्रिया को आंतरिक रूपांतरण कहा जाता है। परिणामी रिक्त स्थान उच्च ऊर्जा स्तरों से इलेक्ट्रॉनों से भर जाता है। परमाणु की आंतरिक परतों में इलेक्ट्रॉनिक संक्रमण से एक अलग ऊर्जा स्पेक्ट्रम (विशेषता एक्स-रे) वाले एक्स-रे का उत्सर्जन होता है। कुल मिलाकर, लगभग 25 प्राकृतिक और लगभग 100 कृत्रिम अल्फा रेडियोधर्मी आइसोटोप ज्ञात हैं।
बीटा क्षय तीन प्रकार के परमाणु परिवर्तनों को जोड़ता है: इलेक्ट्रॉनिक (β-)
और पॉज़िट्रॉन (β+) का क्षय होता है, साथ ही इलेक्ट्रॉन कैप्चर या के-कैप्चर भी होता है। पहले दो प्रकार के परिवर्तन इस तथ्य में निहित हैं कि नाभिक एक इलेक्ट्रॉन और एक एंटीन्यूट्रिनो (β- क्षय के दौरान) या एक पॉज़िट्रॉन और न्यूट्रिनो (β+ क्षय के दौरान) उत्सर्जित करता है। Elek-
परमाणु नाभिक में ट्रॉन (पॉज़िट्रॉन) और एंटीन्यूट्रिनो (न्यूट्रिनो) मौजूद नहीं होते हैं। ये प्रक्रियाएँ नाभिक में एक प्रकार के न्यूक्लियॉन को दूसरे प्रकार के न्यूक्लियॉन में परिवर्तित करके होती हैं - एक न्यूट्रॉन को एक प्रोटॉन में या एक प्रोटॉन को एक न्यूट्रॉन में। इन परिवर्तनों का परिणाम β-क्षय है, जिनकी योजनाओं का रूप इस प्रकार है:
Am Z X→ Z Am + 1 Y+ - 1 e0 + 0 ~ ν0 (β− - क्षय), |
|
Am Z X→ Am Z - 1 Y+ + 1 e0 + 0 ν0 (β+ - क्षय), |
जहां - 1 e0 और + 1 e0 इलेक्ट्रॉन और पॉज़िट्रॉन के पदनाम हैं,
0 ν0 और 0 ~ ν0 - न्यूट्रिनो और एंटीन्यूट्रिनो का पदनाम।
नकारात्मक बीटा क्षय के साथ, रेडियोन्यूक्लाइड की चार्ज संख्या एक बढ़ जाती है, और सकारात्मक बीटा क्षय के साथ, यह एक घट जाती है।
इलेक्ट्रॉनिक क्षय (β − क्षय) का अनुभव प्राकृतिक और कृत्रिम रेडियोन्यूक्लाइड दोनों द्वारा किया जा सकता है। यह इस प्रकार का क्षय है जो चेरनोबिल दुर्घटना के परिणामस्वरूप पर्यावरण में छोड़े गए पर्यावरणीय रूप से सबसे खतरनाक रेडियोन्यूक्लाइड्स की भारी संख्या की विशेषता है। उनमें से
134 55 सीएस, 137 55 सीएस, 90 38 सीनियर, 131 53 आई, आदि।
पॉज़िट्रॉन क्षय (β + - क्षय) मुख्य रूप से कृत्रिम रेडियोन्यूक्लाइड की विशेषता है।
चूँकि बीटा क्षय के दौरान नाभिक से दो कण उत्सर्जित होते हैं, और वितरण होता है
उनके बीच कुल ऊर्जा सांख्यिकीय रूप से होती है, फिर इलेक्ट्रॉनों (पॉज़िट्रॉन) का ऊर्जा स्पेक्ट्रम शून्य से अधिकतम मूल्य ईमैक्स तक निरंतर होता है जिसे बीटा स्पेक्ट्रम की ऊपरी सीमा कहा जाता है। बीटा रेडियोधर्मी नाभिक के लिए, Emax मान 15 keV से 15 MeV तक ऊर्जा क्षेत्र में होता है। हवा में बीटा कण की पथ लंबाई 20 मीटर तक और जैविक ऊतक में 1.5 सेमी तक होती है।
बीटा क्षय आमतौर पर गामा किरणों के उत्सर्जन के साथ होता है। उनकी घटना का कारण वही है जो अल्फा क्षय के मामले में होता है: बेटी नाभिक न केवल जमीनी (स्थिर) अवस्था में, बल्कि उत्तेजित अवस्था में भी दिखाई देता है। फिर कम ऊर्जा की स्थिति में गुजरते हुए, नाभिक एक गामा फोटॉन उत्सर्जित करता है।
इलेक्ट्रॉन ग्रहण के दौरान, नाभिक का एक प्रोटॉन न्यूट्रॉन में परिवर्तित हो जाता है:
1 पी 1+ − 1 ई 0 → 0 एन 1+ 0 ν 0।
इस परिवर्तन के साथ, नाभिक के निकटतम इलेक्ट्रॉनों में से एक (परमाणु की K-परत का इलेक्ट्रॉन) गायब हो जाता है। एक प्रोटॉन, न्यूट्रॉन में बदलकर, एक इलेक्ट्रॉन को "पकड़" लेता है। यहीं से "इलेक्ट्रॉनिक कैप्चर" शब्द आया है। विशेषता
इस प्रकार का β-क्षय नाभिक से एक कण - न्यूट्रिनो - का उत्सर्जन है। इलेक्ट्रॉनिक कैप्चर सर्किट जैसा दिखता है
Am Z X+ - 1 e0 → Am Z - 1 Y+ 0 ν 0। (1.16)
इलेक्ट्रॉनिक कैप्चर, β± क्षय के विपरीत, हमेशा विशेषताओं के साथ होता है-
बैक्टीरियल एक्स-रे विकिरण। उत्तरार्द्ध तब होता है जब नाभिक से अधिक दूर का एक इलेक्ट्रॉन उभरते हुए खाली स्थान पर चला जाता है
के-लेयर। एक्स-रे की तरंग दैर्ध्य 10 - 7 से 10 - 11 मीटर तक होती है, इस प्रकार, बीटा क्षय के दौरान, नाभिक की द्रव्यमान संख्या संरक्षित होती है
चार्ज एक-एक करके बदलता है। बीटा रेडियोधर्मी नाभिक का आधा जीवन
10 - 2 सेकंड से लेकर 2 1015 वर्ष तक की विस्तृत समय सीमा में स्थित है।
आज तक, लगभग 900 बीटा रेडियोधर्मी आइसोटोप ज्ञात हैं। इनमें से लगभग 20 ही प्राकृतिक हैं, बाकी कृत्रिम रूप से प्राप्त किये गये हैं। इन आइसोटोपों का विशाल बहुमत अनुभव करता है
β− क्षय, यानी इलेक्ट्रॉनों के उत्सर्जन के साथ.
सभी प्रकार के रेडियोधर्मी क्षय के साथ गामा विकिरण भी होता है। गामा किरणें लघु-तरंग विद्युत चुम्बकीय विकिरण हैं, जो एक स्वतंत्र प्रकार की रेडियोधर्मिता नहीं है। यह प्रयोगात्मक रूप से स्थापित किया गया है कि गामा किरणें उत्तेजित ऊर्जा अवस्था से जमीन या कम उत्तेजित अवस्था में परमाणु संक्रमण के दौरान बेटी नाभिक द्वारा उत्सर्जित होती हैं। गामा किरणों की ऊर्जा नाभिक के प्रारंभिक और अंतिम ऊर्जा स्तरों की ऊर्जा के बीच के अंतर के बराबर होती है। गामा किरणों की तरंग दैर्ध्य 0.2 नैनोमीटर से अधिक नहीं होती है।
गामा विकिरण की प्रक्रिया एक स्वतंत्र प्रकार की रेडियोधर्मिता नहीं है, क्योंकि यह नाभिक के Z और Am को बदले बिना होती है।
नियंत्रण प्रश्न:
1. मेन्डेलीफ की आवर्त सारणी में द्रव्यमान एवं आवेश संख्या से क्या तात्पर्य है?
2. "आइसोटोप" और "आइसोबार" की अवधारणा। इन शब्दों में क्या अंतर है?
3. नाभिक की परमाणु शक्तियाँ और उनकी सबसे महत्वपूर्ण विशेषताएँ।
4. किसी नाभिक का द्रव्यमान उसके घटक न्यूक्लाइड्स के द्रव्यमान के योग से कम क्यों होता है?
5. कौन से पदार्थ रेडियोधर्मी कहलाते हैं?
6. रेडियोधर्मी क्षय स्थिरांक की क्या विशेषता और पता चलता है?
7. किसी पदार्थ की अर्ध-आयु को परिभाषित करें।
8. आयतन, सतह और विशिष्ट गतिविधि के लिए माप की इकाइयों की सूची बनाएं।
9. रेडियोधर्मी नाभिक से विकिरण के मुख्य प्रकार और उनके पैरामीटर।
स्लाइड11
अल्फा क्षय एक परमाणु नाभिक द्वारा जमीनी (अउत्तेजित) अवस्था में अल्फा कणों (हीलियम नाभिक) का उत्सर्जन है।
अर्ध-जीवन की मुख्य विशेषताएँ टी 1/2, गतिज ऊर्जा टी αऔर मामले में लाभ आरαपदार्थ में α-कण।
अल्फा क्षय के मूल गुण
1. अल्फा क्षय केवल भारी नाभिकों में देखा जाता है। लगभग 300 α-रेडियोधर्मी नाभिक ज्ञात हैं
2. α-सक्रिय नाभिक का आधा जीवन एक विशाल सीमा में होता है
10 17 वर्ष () 
और निर्धारित है गीगर-नेटटॉल कानून
.
(1.32)
उदाहरण के लिए, Z=84 स्थिरांक के लिए ए= 128.8 और बी = - 50,15, टी α– α-कण की गतिज ऊर्जा माव
3. रेडियोधर्मी नाभिक के α-कणों की ऊर्जाएँ निहित होती हैं
(माव)
टी α मिनट = 1.83 माव (), टीαमैक्स = 11.65 माव(आइसोमर
4. रेडियोधर्मी नाभिक के α-स्पेक्ट्रा की सूक्ष्म संरचना देखी जाती है। ये स्पेक्ट्रा अलग. चित्र 1.5 में। प्लूटोनियम नाभिक के क्षय का एक चित्र दिखाया गया है। α कणों के स्पेक्ट्रम में बेटी नाभिक के विभिन्न स्तरों पर संक्रमण के अनुरूप कई मोनोएनर्जेटिक रेखाएं होती हैं।
6. सामान्य परिस्थितियों में हवा में α-कणों की माइलेज
आर α (सेमी) = 0.31 टी α 3/2 माव 4 पर< टी α <7 माव) (1.33)
7. α-क्षय प्रतिक्रिया की सामान्य योजना
जहाँ मातृ केन्द्रक है, वहीं पुत्री केन्द्रक है
α क्षय होने के लिए नाभिक में α कण की बंधन ऊर्जा शून्य से कम होनी चाहिए।
ई सेंट α =<0 (1.34)
α-क्षय के दौरान जारी ऊर्जा इα में α कण की गतिज ऊर्जा होती है टीα और पुत्री नाभिक T i की गतिज ऊर्जा
ई α =| ई सेंट α | = टी α +टी आई (1.35)
एक α कण की गतिज ऊर्जा α क्षय की कुल ऊर्जा का 98% से अधिक है
बीटा क्षय के प्रकार और गुण
बीटा क्षय स्लाइड 12
एक नाभिक का बीटा क्षय एक इलेक्ट्रॉन (पॉज़िट्रॉन) के उत्सर्जन या एक इलेक्ट्रॉन के कब्जे के परिणामस्वरूप एक अस्थिर नाभिक के एक आइसोबार नाभिक में सहज परिवर्तन की प्रक्रिया है। लगभग 900 बीटा रेडियोधर्मी नाभिक ज्ञात हैं।
इलेक्ट्रॉनिक β-क्षय में, नाभिक का एक न्यूट्रॉन एक इलेक्ट्रॉन और एक इलेक्ट्रॉन एंटीन्यूट्रिनो के उत्सर्जन के साथ एक प्रोटॉन में बदल जाता है।
मुक्त न्यूट्रॉन क्षय 
, टी 1/2 =10.7 मिन;
ट्रिटियम क्षय 
, टी 1/2 = 12 साल
.
पर पॉज़िट्रॉन β+ क्षयनाभिक का एक प्रोटॉन धनावेशित इलेक्ट्रॉन (पॉज़िट्रॉन) और एक इलेक्ट्रॉन न्यूट्रिनो के उत्सर्जन के साथ न्यूट्रॉन में बदल जाता है
कब इलेक्ट्रॉनिक ई-कब्जानाभिक अपने परमाणु के इलेक्ट्रॉन कोश (आमतौर पर K-शेल) से एक इलेक्ट्रॉन ग्रहण करता है।
β--क्षय ऊर्जा सीमा में निहित है
()0,02 माव < Е β < 13,4 माव ().
उत्सर्जित β-कणों का स्पेक्ट्रम निरंतरशून्य से अधिकतम मान तक. गणना सूत्र बीटा क्षय की अधिकतम ऊर्जा:
, (1.42)
, (1.43)
. (1.44)
जहाँ मातृ नाभिक का द्रव्यमान है, वहीं पुत्री नाभिक का द्रव्यमान है। मुझे-इलेक्ट्रॉन द्रव्यमान.
हाफ लाइफ टी 1/2संभाव्यता से जुड़ा हुआ बीटा क्षय संबंध
बीटा क्षय की संभावना दृढ़ता से बीटा क्षय ऊर्जा पर निर्भर करती है ( ~ ईβ 5 बजे ईβ >> एम ई सी 2) इसलिए आधा जीवन टी 1/2व्यापक रूप से भिन्न होता है
10 -2 सेकंड< टी 1/2< 2 10 15 лет
बीटा क्षय कमजोर अंतःक्रिया के परिणामस्वरूप होता है, जो मूलभूत अंतःक्रियाओं में से एक है।
रेडियोधर्मी परिवार (श्रृंखला) स्लाइड 13
α-क्षय के दौरान परमाणु विस्थापन के नियम ( ए→ए – 4 ; जेड→जेड- 2) β-क्षय के दौरान ( ए→ए; जेड→जेड+1).चूंकि द्रव्यमान संख्या एα-क्षय के दौरान यह 4 में बदल जाता है, और β-क्षय के दौरान एनहीं बदलता है, तो विभिन्न रेडियोधर्मी परिवारों के सदस्य एक-दूसरे के साथ "भ्रमित" नहीं होते हैं। वे अलग-अलग रेडियोधर्मी श्रृंखला (नाभिक की श्रृंखला) बनाते हैं, जो उनके स्थिर आइसोटोप के साथ समाप्त होती हैं।
प्रत्येक रेडियोधर्मी परिवार के सदस्यों की सामूहिक संख्या को सूत्र द्वारा दर्शाया जाता है
थोरियम परिवार के लिए a=0, ए=1 नेपच्यूनिया परिवार के लिए, ए=2 यूरेनियम परिवार के लिए, ए=3 एक्टिनोरेनियम परिवार के लिए। एन- पूर्णांक। तालिका देखें 1.2
तालिका 1.2
| परिवार | प्रारंभिक आइसोटोप | अंतिम स्थिर आइसोटोप | पंक्ति | प्रारंभिक आइसोटोप टी 1/2 का आधा जीवन |
| थोरियम | नेतृत्व करना | 4एन+0 | 14 10 9 साल | |
| यूरेनियम | नेतृत्व करना | 4एन+2 | 4.5 10 9 वर्ष | |
| actinouranium | नेतृत्व करना | 4एन+3 | 0.7 10 9 वर्ष | |
| नेपच्यूनिया | विस्मुट | 4एन+1 | 2.2 10 6 वर्ष |
पृथ्वी के भूवैज्ञानिक जीवनकाल (4.5 अरब वर्ष) के साथ परिवारों के पूर्वजों के आधे जीवन की तुलना से, यह स्पष्ट है कि लगभग सभी थोरियम -232 पृथ्वी के पदार्थ, यूरेनियम -238 में संरक्षित थे, जिसका क्षय हो गया था। लगभग आधा, अधिकांश भाग में यूरेनियम-235, और लगभग पूरा नेपच्यूनियम-237।
ज्ञात α-रेडियोधर्मी नाभिक का आधा जीवन व्यापक रूप से भिन्न होता है। इस प्रकार, टंगस्टन आइसोटोप 182 W का आधा जीवन T 1/2 > 8.3·10 18 वर्ष है, और प्रोटैक्टीनियम आइसोटोप 219 Pa का आधा जीवन T 1/2 = 5.3·10 -8 s है।
चावल। 2.1. प्राकृतिक रूप से रेडियोधर्मी तत्व के α-कण की गतिज ऊर्जा पर रेडियोधर्मी तत्व के आधे जीवन की निर्भरता। धराशायी रेखा गीजर-नटाल कानून है।
सम-सम समस्थानिकों के लिए, α-क्षय ऊर्जा Q α पर आधे जीवन की निर्भरता अनुभवजन्य रूप से वर्णित है गीगर-नेटटॉल कानून
जहां Z अंतिम नाभिक का आवेश है, आधा जीवन T 1/2 सेकंड में व्यक्त किया जाता है, और α-कण E α की ऊर्जा MeV में है। चित्र में. चित्र 2.1 α-रेडियोधर्मी सम-सम समस्थानिकों (Z 74 से 106 तक भिन्न होता है) के लिए आधे जीवन के प्रयोगात्मक मूल्यों और संबंध (2.3) का उपयोग करके उनके विवरण को दर्शाता है।
सम-विषम, सम-विषम और विषम-विषम नाभिकों के लिए निर्भरता की सामान्य प्रवृत्ति
Q α का लॉग T 1/2 संरक्षित है, लेकिन अर्ध-जीवन समान Z और Q α वाले सम-सम नाभिक की तुलना में 2-100 गुना अधिक लंबा है।
α क्षय होने के लिए, यह आवश्यक है कि प्रारंभिक नाभिक M(A,Z) का द्रव्यमान अंतिम नाभिक M(A-4, Z-2) और α कण के द्रव्यमान के योग से अधिक हो एम α:
जहां Q α = c 2 α-क्षय ऊर्जा है।
चूंकि एम α<< M(A-4, Z-2),
α-क्षय ऊर्जा का मुख्य भाग α द्वारा ले जाया जाता है ‑
कण और केवल ≈ 2% - अंतिम नाभिक (ए-4, जेड-2)।
कई रेडियोधर्मी तत्वों के α-कणों का ऊर्जा स्पेक्ट्रा कई रेखाओं (α-स्पेक्ट्रा की बारीक संरचना) से बना होता है। α स्पेक्ट्रम की बारीक संरचना के प्रकट होने का कारण प्रारंभिक नाभिक (A,Z) का नाभिक की उत्तेजित अवस्था (A-4, Z-2) में क्षय होना है। अल्फा कणों के स्पेक्ट्रा को मापकर उत्तेजित अवस्थाओं की प्रकृति के बारे में जानकारी प्राप्त की जा सकती है
कोर (ए-4, जेड-2)।
ए और जेड नाभिक के मूल्यों की सीमा निर्धारित करने के लिए जिसके लिए α-क्षय ऊर्जावान रूप से संभव है, नाभिक की बाध्यकारी ऊर्जा पर प्रयोगात्मक डेटा का उपयोग किया जाता है। द्रव्यमान संख्या A पर α-क्षय ऊर्जा Q α की निर्भरता चित्र में दिखाई गई है। 2.2.
चित्र से. 2.2 यह स्पष्ट है कि ए ≈ 140 से शुरू करके α क्षय ऊर्जावान रूप से संभव हो जाता है। क्षेत्रों ए = 140-150 और ए ≈ 210 में, क्यू α का मान अलग-अलग मैक्सिमा है, जो नाभिक की खोल संरचना के कारण होता है। A = 140-150 पर अधिकतम जादुई संख्या N = A - Z = 82 के साथ न्यूट्रॉन शेल के भरने से जुड़ा है, और A ≈ 210 पर अधिकतम Z पर प्रोटॉन शेल के भरने से जुड़ा है।
= 82. यह परमाणु नाभिक की खोल संरचना के कारण है कि α-सक्रिय नाभिक का पहला (दुर्लभ पृथ्वी) क्षेत्र N = 82 से शुरू होता है, और भारी α-रेडियोधर्मी नाभिक Z = 82 से शुरू होकर विशेष रूप से असंख्य हो जाते हैं।
चावल। 2.2. द्रव्यमान संख्या A पर α-क्षय ऊर्जा की निर्भरता।
अर्ध-जीवन की विस्तृत श्रृंखला, साथ ही कई α-रेडियोधर्मी नाभिकों के लिए इन अवधियों के बड़े मूल्यों को इस तथ्य से समझाया गया है कि एक α कण "तुरंत" नाभिक नहीं छोड़ सकता है, इस तथ्य के बावजूद कि यह ऊर्जावान है अनुकूल. नाभिक छोड़ने के लिए, α-कण को संभावित अवरोध को पार करना होगा - नाभिक की सीमा पर क्षेत्र, α-कण और अंतिम नाभिक के इलेक्ट्रोस्टैटिक प्रतिकर्षण की संभावित ऊर्जा और बीच के आकर्षक बलों के कारण बनता है न्यूक्लियंस. शास्त्रीय भौतिकी के दृष्टिकोण से, एक अल्फा कण एक संभावित बाधा को पार नहीं कर सकता है, क्योंकि इसमें इसके लिए आवश्यक गतिज ऊर्जा नहीं है। हालाँकि, क्वांटम यांत्रिकी ऐसी संभावना की अनुमति देती है - α ‑
कण की संभावित बाधा से गुजरने और नाभिक को छोड़ने की एक निश्चित संभावना होती है। इस क्वांटम यांत्रिक घटना को "सुरंग प्रभाव" या "सुरंगीकरण" कहा जाता है। बैरियर की ऊंचाई और चौड़ाई जितनी अधिक होगी, सुरंग बनाने की संभावना उतनी ही कम होगी और आधा जीवन तदनुसार लंबा होगा। अर्ध-जीवन की विस्तृत श्रृंखला
α-उत्सर्जकों को α-कणों की गतिज ऊर्जाओं और संभावित अवरोधों की ऊंचाइयों के विभिन्न संयोजनों द्वारा समझाया गया है। यदि अवरोध मौजूद नहीं होता, तो अल्फा कण नाभिक को विशिष्ट परमाणु के पीछे छोड़ देता
समय ≈ 10 -21 – 10 -23 सेकेंड।
α-क्षय का सबसे सरल मॉडल 1928 में जी. गामो और स्वतंत्र रूप से जी. गुरनी और ई. कॉन्डन द्वारा प्रस्तावित किया गया था। इस मॉडल में, यह माना गया कि α कण लगातार नाभिक में मौजूद रहता है। जबकि अल्फा कण नाभिक में होता है, परमाणु आकर्षण बल उस पर कार्य करते हैं। उनकी क्रिया की त्रिज्या नाभिक R की त्रिज्या के तुलनीय है। परमाणु क्षमता की गहराई V 0 है। परमाणु सतह के बाहर r > R पर विभव कूलम्ब प्रतिकारक विभव है
V(r) = 2Ze 2 /r.
चावल। 2.3. न्यूट्रॉन N की संख्या के आधार पर α-कण E α की ऊर्जा
मूल कर्नेल में. रेखाएँ एक ही रासायनिक तत्व के समस्थानिकों को जोड़ती हैं।
परमाणु आकर्षक क्षमता और कूलम्ब प्रतिकारक क्षमता की संयुक्त क्रिया का एक सरलीकृत आरेख चित्र 2.4 में दिखाया गया है। नाभिक छोड़ने के लिए, ऊर्जा E α वाले एक α कण को R से R c तक के क्षेत्र में निहित एक संभावित अवरोध से गुजरना होगा। α क्षय की संभावना मुख्य रूप से एक संभावित अवरोध से गुजरने वाले α कण की संभावना D द्वारा निर्धारित की जाती है
इस मॉडल के ढांचे के भीतर, संभाव्यता α की मजबूत निर्भरता की व्याख्या करना संभव था ‑ α-कण की ऊर्जा से क्षय।
चावल। 2.4. एक α कण की संभावित ऊर्जा। संभावित बाधा.
क्षय स्थिरांक λ की गणना करने के लिए, संभावित अवरोध के माध्यम से α-कण के पारित होने के गुणांक को गुणा करना आवश्यक है, सबसे पहले, संभावना w α से कि α-कण नाभिक में बना था, और, दूसरी बात, इस संभावना से कि यह मुख्य सीमा पर होगा। यदि त्रिज्या R के नाभिक में एक अल्फा कण की गति v है, तो यह प्रति सेकंड औसतन ≈ v/2R बार सीमा तक पहुंचेगा। परिणामस्वरूप, क्षय स्थिरांक λ के लिए हमें संबंध प्राप्त होता है
 |
(2.6) |
नाभिक में एक α कण की गति का अनुमान परमाणु क्षमता कुएं के अंदर उसकी गतिज ऊर्जा E α + V 0 के आधार पर लगाया जा सकता है, जो v ≈ (0.1-0.2) s देता है। इससे यह तो पता चलता ही है कि यदि नाभिक में कोई अल्फा कण है तो उसके अवरोध डी से गुजरने की प्रायिकता है<10 -14 (для самых короткоживущих
относительно α‑распада тяжелых ядер).
पूर्व-घातीय कारक के अनुमान की खुरदरापन बहुत महत्वपूर्ण नहीं है, क्योंकि क्षय स्थिरांक घातांक की तुलना में इस पर अतुलनीय रूप से कम निर्भर करता है।
सूत्र (2.6) से यह पता चलता है कि आधा जीवन दृढ़ता से नाभिक आर की त्रिज्या पर निर्भर करता है, क्योंकि त्रिज्या आर न केवल पूर्व-घातीय कारक में शामिल है, बल्कि एकीकरण की सीमा के रूप में घातांक में भी शामिल है। इसलिए, α-क्षय डेटा से परमाणु नाभिक की त्रिज्या निर्धारित करना संभव है। इस तरह से प्राप्त त्रिज्या इलेक्ट्रॉन प्रकीर्णन प्रयोगों में पाई गई त्रिज्या से 20-30% बड़ी होती है। यह अंतर इस तथ्य के कारण है कि तेज़ इलेक्ट्रॉनों के प्रयोगों में नाभिक में विद्युत आवेश वितरण की त्रिज्या को मापा जाता है, और α-क्षय में नाभिक और α-कण के बीच की दूरी को मापा जाता है, जिस पर परमाणु बल समाप्त हो जाते हैं कार्यवाही करना।
घातांक (2.6) में प्लैंक स्थिरांक की उपस्थिति ऊर्जा पर आधे जीवन की मजबूत निर्भरता को स्पष्ट करती है। यहां तक कि ऊर्जा में एक छोटा सा परिवर्तन भी घातांक में एक महत्वपूर्ण परिवर्तन की ओर ले जाता है और इस प्रकार आधे जीवन में बहुत तेज परिवर्तन होता है। इसलिए, उत्सर्जित α कणों की ऊर्जा अत्यधिक सीमित है। भारी नाभिक के लिए, 9 MeV से अधिक ऊर्जा वाले α-कण लगभग तुरंत बाहर निकल जाते हैं, और 4 MeV से कम ऊर्जा वाले वे नाभिक में इतने लंबे समय तक रहते हैं कि α-क्षय का पता भी नहीं लगाया जा सकता है। दुर्लभ पृथ्वी α-रेडियोधर्मी नाभिक के लिए, नाभिक की त्रिज्या और संभावित अवरोध की ऊंचाई को कम करके दोनों ऊर्जाएं कम की जाती हैं।
चित्र में. चित्र 2.5 द्रव्यमान संख्या ए = 156-185 की सीमा में द्रव्यमान संख्या ए पर एचएफ आइसोटोप (जेड = 72) की α-क्षय ऊर्जा की निर्भरता दर्शाता है। तालिका 2.1 156-185 एचएफ आइसोटोप की α-क्षय ऊर्जा, अर्ध-जीवन और मुख्य क्षय चैनल दिखाती है। यह देखा जा सकता है कि जैसे-जैसे द्रव्यमान संख्या A बढ़ती है, α-क्षय ऊर्जा कम हो जाती है, जिससे α-क्षय की संभावना कम हो जाती है और β-क्षय की संभावना बढ़ जाती है (तालिका 2.1)। 174 एचएफ आइसोटोप, एक स्थिर आइसोटोप है (आइसोटोप के प्राकृतिक मिश्रण में यह 0.16% है), फिर भी एक α-कण के उत्सर्जन के साथ आधे जीवन टी 1/2 = 2·10 15 साल के साथ क्षय हो जाता है।
चावल। 2.5. Hf समस्थानिकों की α-क्षय ऊर्जा Q α की निर्भरता (Z = 72)
द्रव्यमान संख्या A से.
तालिका 2.1
α-क्षय ऊर्जा Q α की निर्भरता, आधा जीवन T 1/2,
द्रव्यमान संख्या के आधार पर H f समस्थानिक (Z = 72) के विभिन्न क्षय मोड ए
| जेड | एन | ए | क्यू α | टी 1/2 | क्षय मोड (%) |
|---|---|---|---|---|---|
| 72 | 84 | 156 | 6.0350 | 23 एमएस | α(100) |
| 72 | 85 | 157 | 5.8850 | 110 एमएस | α (86), ई (14) |
| 72 | 86 | 158 | 5.4050 | 2.85 सेकंड | α (44.3), ई (55.7) |
| 72 | 87 | 159 | 5.2250 | 5.6 एस | α (35), ई (65) |
| 72 | 88 | 160 | 4.9020 | 13.6 सेकंड | α (0.7), ई (99.3) |
| 72 | 89 | 161 | 4.6980 | 18.2 एस | α (<0.13), е (>99.87) |
| 72 | 90 | 162 | 4.4160 | 39.4 सेकंड | α (<8·10 -3), е (99.99) |
| 72 | 91 | 163 | 4.1280 | 40.0 एस | α (<1·10 -4), е (100) |
| 72 | 92 | 164 | 3.9240 | 111 एस | ई (100) |
| 72 | 93 | 165 | 3.7790 | 76 एस | ई (100) |
| 72 | 94 | 166 | 3.5460 | 6.77 मि | ई (100) |
| 72 | 95 | 167 | 3.4090 | 2.05 मि | ई (100) |
| 72 | 96 | 168 | 3.2380 | 25.95 मि | ई (100) |
| 72 | 97 | 169 | 3.1450 | 3.24 मि | ई (100) |
| 72 | 98 | 170 | 2.9130 | 16.01 घंटे | ई (100) |
| 72 | 99 | 171 | 2.7390 | 12.1 घंटे | ई (100) |
| 72 | 100 | 172 | 2.7470 | 1.87 घंटे | ई (100) |
| 72 | 101 | 173 | 2.5350 | 23.4 घंटे | ई (100) |
| 72 | 102 | 174 | 2.4960 | 2 10 15 ली | ई (100) |
| 72 | 103 | 175 | 2.4041 | 70 दिन | ई (100) |
| 72 | 104 | 176 | 2.2580 | छूरा भोंकना। | |
| 72 | 105 | 177 | 2.2423 | छूरा भोंकना। | |
| 72 | 106 | 178 | 2.0797 | छूरा भोंकना। | |
| 72 | 107 | 179 | 1.8040 | छूरा भोंकना। | |
| 72 | 108 | 180 | 1.2806 | छूरा भोंकना। | |
| 72 | 109 | 181 | 1.1530 | 42.39 दिन | β - (100) |
| 72 | 110 | 182 | 1.2140 | 8.9 10 6 ली | β - (100) |
| 72 | 111 | 183 | 0.6850 | 1.07 घंटे | β - (100) |
| 72 | 112 | 184 | 0.4750 | 4.12 घंटे | β - (100) |
| 72 | 113 | 185 | 0.0150 | 3.5 मि | β - (100) |
A = 176-180 वाले Hf समस्थानिक स्थिर समस्थानिक हैं। इन समस्थानिकों में सकारात्मक α क्षय ऊर्जा भी होती है। हालाँकि, α-क्षय ऊर्जा ~1.3-2.2 MeV बहुत कम है और α-क्षय की गैर-शून्य संभावना के बावजूद, इन आइसोटोप के α-क्षय का पता नहीं लगाया गया था। द्रव्यमान संख्या A >180 में और वृद्धि के साथ, β-क्षय प्रमुख क्षय चैनल बन जाता है।
रेडियोधर्मी क्षय के दौरान, अंतिम नाभिक न केवल जमीनी अवस्था में, बल्कि उत्तेजित अवस्था में भी समाप्त हो सकता है। हालाँकि, α-कण की ऊर्जा पर α-क्षय की संभावना की मजबूत निर्भरता इस तथ्य की ओर ले जाती है कि अंतिम नाभिक के उत्तेजित स्तरों में क्षय आमतौर पर बहुत कम तीव्रता के साथ होता है, क्योंकि जब अंतिम नाभिक उत्तेजित होता है, α-कण की ऊर्जा कम हो जाती है। इसलिए, केवल अपेक्षाकृत कम उत्तेजना ऊर्जा वाले घूर्णी स्तरों में क्षय को प्रयोगात्मक रूप से देखा जा सकता है। अंतिम नाभिक के उत्तेजित स्तर में क्षय से उत्सर्जित α कणों के ऊर्जा स्पेक्ट्रम में एक अच्छी संरचना की उपस्थिति होती है।
α क्षय के गुणों को निर्धारित करने वाला मुख्य कारक संभावित अवरोध के माध्यम से α कणों का मार्ग है। अन्य कारक स्वयं को अपेक्षाकृत कमजोर रूप से प्रकट करते हैं, लेकिन कुछ मामलों में वे नाभिक की संरचना और नाभिक के α-क्षय के तंत्र के बारे में अतिरिक्त जानकारी प्राप्त करना संभव बनाते हैं। इन कारकों में से एक क्वांटम मैकेनिकल केन्द्रापसारक बाधा का उद्भव है। यदि स्पिन J i वाले नाभिक (A,Z) से एक α कण उत्सर्जित होता है, और एक परिमित नाभिक बनता है
(ए-4, जेड-2) स्पिन जे एफ के साथ एक राज्य में, तो α-कण को संबंध द्वारा निर्धारित कुल गति जे को दूर ले जाना चाहिए
चूँकि α-कण का स्पिन शून्य है, इसका कुल कोणीय संवेग J, α-कण द्वारा दूर ले जाये गये कक्षीय कोणीय संवेग l के साथ मेल खाता है।
परिणामस्वरूप, एक क्वांटम यांत्रिक केन्द्रापसारक अवरोध प्रकट होता है।
केन्द्रापसारक ऊर्जा के कारण संभावित अवरोध के आकार में परिवर्तन नगण्य है, मुख्यतः इस तथ्य के कारण कि केन्द्रापसारक ऊर्जा कूलम्ब ऊर्जा की तुलना में बहुत तेजी से दूरी के साथ घटती है (1/r 2 के रूप में, न कि 1/r के रूप में)। हालाँकि, चूँकि यह परिवर्तन प्लैंक स्थिरांक से विभाजित होता है और घातांक में आता है, तो बड़े l पर, यह नाभिक के जीवनकाल में परिवर्तन की ओर ले जाता है।
तालिका 2.2 Z = 90 वाले नाभिक के लिए कक्षीय गति l = 0 के साथ उत्सर्जित α-कणों के लिए केन्द्रापसारक बाधा B 0 की पारगम्यता के सापेक्ष केन्द्रापसारक अवरोध B l की गणना की गई पारगम्यता को दर्शाती है। α-कण ऊर्जा E α = 4.5 MeV. यह देखा जा सकता है कि α कण द्वारा ले जाए गए कक्षीय संवेग l में वृद्धि के साथ, क्वांटम यांत्रिक केन्द्रापसारक अवरोध की पारगम्यता तेजी से गिरती है।
तालिका 2.2
के लिए केन्द्रापसारक बाधा की सापेक्ष पारगम्यताα -कण,
कक्षीय गति l के साथ प्रस्थान
(जेड = 90, ई α = 4.5 मेव)
एक अधिक महत्वपूर्ण कारक जो α-क्षय की विभिन्न शाखाओं की संभावनाओं को नाटकीय रूप से पुनर्वितरित कर सकता है, वह α-कण के उत्सर्जन के दौरान नाभिक की आंतरिक संरचना के एक महत्वपूर्ण पुनर्गठन की आवश्यकता हो सकती है। यदि प्रारंभिक नाभिक गोलाकार है, और अंतिम नाभिक की जमीनी स्थिति दृढ़ता से विकृत है, तो अंतिम नाभिक की जमीनी स्थिति में विकसित होने के लिए, प्रारंभिक नाभिक को अल्फा कण उत्सर्जित करने की प्रक्रिया में खुद को पुनर्व्यवस्थित करना होगा, जिससे काफी बदलाव आएगा ये आकार है। नाभिक के आकार में इस तरह के बदलाव में आमतौर पर बड़ी संख्या में न्यूक्लियॉन और कुछ न्यूक्लियॉन वाले सिस्टम जैसे α शामिल होते हैं। ‑
नाभिक छोड़ने वाला एक कण इसे प्रदान करने में सक्षम नहीं हो सकता है। इसका मतलब यह है कि जमीनी अवस्था में अंतिम केंद्रक के बनने की संभावना नगण्य होगी। यदि अंतिम नाभिक की उत्तेजित अवस्थाओं के बीच गोलाकार के करीब एक अवस्था है, तो प्रारंभिक नाभिक, महत्वपूर्ण पुनर्व्यवस्था के बिना, α के परिणामस्वरूप इसमें जा सकता है ‑
इस स्तर की जनसंख्या क्षय की संभावना बहुत अधिक हो सकती है, जो जमीनी राज्य सहित निचले राज्यों की जनसंख्या की संभावना से काफी अधिक हो सकती है।
आइसोटोप 253 Es, 225 Ac, 225 Th, 226 Ra के α-क्षय आरेखों से, α-कण की ऊर्जा और कक्षीय संवेग l पर उत्तेजित अवस्थाओं में α-क्षय की संभावना की मजबूत निर्भरता α-कण दिखाई देते हैं।
α क्षय परमाणु नाभिक की उत्तेजित अवस्था से भी हो सकता है। उदाहरण के तौर पर, तालिकाएँ 2.3 और 2.4 आइसोटोप 151 हो और 149 टीबी की जमीनी और आइसोमेरिक अवस्थाओं के क्षय मोड को दर्शाती हैं।
तालिका 2.3
α-जमीन का क्षय और 151 Ho की आइसोमेरिक अवस्थाएँ
तालिका 2.4
α-जमीन का क्षय और 149 टीबी की आइसोमेरिक अवस्थाएँ
चित्र में. चित्र 2.6 आइसोटोप 149 टीबी और 151 हो की जमीन के क्षय और आइसोमेरिक अवस्थाओं के ऊर्जा आरेख दिखाता है।
चावल। 2.6 आइसोटोप 149 टीबी और 151 हो की जमीन और आइसोमेरिक अवस्थाओं के क्षय के ऊर्जा आरेख।
151 हो आइसोटोप (जे पी = (1/2) +, ई आइसोमर = 40 केवी) की आइसोमेरिक अवस्था से α-क्षय इस आइसोमेरिक अवस्था में ई-कैप्चर की तुलना में अधिक संभावित (80%) है। साथ ही, 151 हो की ज़मीनी अवस्था मुख्य रूप से ई-कैप्चर (78%) के परिणामस्वरूप नष्ट हो जाती है।
149 टीबी आइसोटोप में, आइसोमेरिक अवस्था का क्षय (जे पी = (11/2) -, ई आइसोमर = 35.8 केवी) ई-कैप्चर के परिणामस्वरूप भारी मामले में होता है। जमीन के क्षय और आइसोमेरिक अवस्थाओं की देखी गई विशेषताओं को α-क्षय और ई-कैप्चर की ऊर्जा के परिमाण और α-कण या न्यूट्रिनो द्वारा ले जाए गए कक्षीय कोणीय गति द्वारा समझाया गया है।
(1रेटिंग, औसतन: 5,00 5 में से) 
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