94
4.12. ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 12.
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЭНЕРГИИ АЛЬФА-РАСПАДА
4.12.1. Цель работы
Целью работы является экспериментальное определение энергии α-частиц
по их пробегу в воздухе и оценка эффективного радиуса ядра-излучателя.
4.12.2. Краткая теория α-распада
Альфа-распад представляет собой самопроизвольное изменение струк-
туры нестабильного ядра /массовое число
А
уменьшается на четыре едини-
цы, а атомный номер
Ζ
- на две/, сопровождающееся испусканием α- частицы
4
4
2
2
X Y He
A
A
Z
Z
−
−
→ +
.
(1)
Исследования α- распада привели к установлению следующих законо-
мерностей.
1. Альфа-распад испытывают достаточно тяжелые ядра. Это следует из
закона сохранения энергии при α-распаде, который в предположении поко-
ившегося исходного ядра можно записать в виде
2
2
2
g
g
mc m c T m c T
α
α
= + + +
,
(2)
где
m
,
m
g
,
m
α
-массы начального (материнского), конечного (дочернего) ядер
и α- частицы;
T
g
и
T
α
-кинетические энергии продуктов распада.
Из выражения (2) следует энергетическое условие возможности само-
произвольного α-превращения ядра
m
›
m
g
+
m
α
(3)
выполняющееся только для тяжёлых ядер с
А
> 140.
2. Альфа-распад определенного типа ядер сопровождается испусканием
моноэнергетических частиц или нескольких групп моноэнергетических час-
тиц, т.е. спектр α-распада дискретен.
Энергия альфа - превращения
Q
α
,равная разности энергий покоя мате-
ринского ядра и продуктов распада, выделяется в виде кинетической энер-
гии образовавшихся частиц
2
(
)
g
g
Q m m m c T T
α
α
α
= − − ⋅ = +
,
(4)
причём основную её часть уносит α-частица,
1
Q T
Q m
m
α
α
α
α
=
≅
+
.
(5)
Последнее соотношение вытекает из (4) и закона сохранения импульса
0
g
p p
α
+ =
. В приближенном равенстве учтено, что
m
>>
m
α
.
Тонкая
структура
спектра
α-распада
(несколько
групп
моноэнергетических частиц) обусловлена переходами на различные
энергетические уровни дочернего ядра. В качестве примера на рис. 58 при-
ведена энергетическая диаграмма для распада
239
235
4
Pu
U He
→ +
.
