किसी परमाणु के नाभिक में रेडियोधर्मी इलेक्ट्रॉन बीटा क्षय हो गया है। अल्फा, बीटा और गामा का क्षय होता है। तत्व अल्फा क्षय के अधीन हैं

1. परमाणु नाभिक की भौतिकी 1.4. β क्षय

बीटा क्षय के प्रकार और गुण. बीटा क्षय के सिद्धांत के तत्व. रेडियोधर्मी परिवार

बीटा क्षयनाभिक एक इलेक्ट्रॉन (पॉज़िट्रॉन) के उत्सर्जन या एक इलेक्ट्रॉन को पकड़ने के परिणामस्वरूप एक अस्थिर नाभिक के एक आइसोबार नाभिक में सहज परिवर्तन की प्रक्रिया है। लगभग 900 बीटा रेडियोधर्मी नाभिक ज्ञात हैं। इनमें से केवल 20 प्राकृतिक हैं, बाकी कृत्रिम रूप से प्राप्त किये गये हैं।
बीटा क्षय के प्रकार और गुण

ये तीन प्रकार के होते हैं β -क्षय: इलेक्ट्रॉनिक β – -क्षय, सकारात्मक β + -क्षय और इलेक्ट्रॉन ग्रहण( इ-कब्जा)। मुख्य प्रकार पहला है।

पर इलेक्ट्रॉनिक β – -क्षयनाभिक का एक न्यूट्रॉन एक इलेक्ट्रॉन और एक इलेक्ट्रॉन एंटीन्यूट्रिनो के उत्सर्जन के साथ प्रोटॉन में बदल जाता है।

उदाहरण: मुक्त न्यूट्रॉन का क्षय

, टी 1/2 =11.7 मिनट;

ट्रिटियम क्षय

, टी 1/2 = 12 वर्ष.

पर पॉज़िट्रॉन β + -क्षयनाभिक का एक प्रोटॉन एक धनात्मक आवेशित इलेक्ट्रॉन (पॉज़िट्रॉन) और एक इलेक्ट्रॉन न्यूट्रिनो के उत्सर्जन के साथ न्यूट्रॉन में बदल जाता है

. (1.41बी)

उदाहरण

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 में संरक्षित थे, यूरेनियम -238 लगभग क्षय हो गया आधा, यूरेनियम-235 - अधिकांश भाग के लिए, नेपच्यूनियम-237 लगभग सभी।

बीटा क्षय तब संभव हो जाता है जब परमाणु नाभिक में एक प्रोटॉन (या, इसके विपरीत, एक न्यूट्रॉन के साथ एक प्रोटॉन) के साथ न्यूट्रॉन का प्रतिस्थापन ऊर्जावान रूप से अनुकूल होता है और परिणामी नए नाभिक में कम आराम द्रव्यमान होता है, यानी, एक उच्च बाध्यकारी ऊर्जा होती है। अतिरिक्त ऊर्जा प्रतिक्रिया उत्पादों के बीच वितरित की जाती है।

बीटा क्षय तीन प्रकार के होते हैं:

1. नाभिक में न्यूट्रॉन (एन) में से एक प्रोटॉन (पी) में बदल जाता है। इस मामले में, एक इलेक्ट्रॉन (ई-) और एक एंटीन्यूट्रिनो (ṽ ई) उत्सर्जित होते हैं (न्यूट्रिनो, एंटीमैटर देखें)। यह β-क्षय है।

ए(जेड,एन) → ए(जेड+1,एन-1) + ई - + ṽ ई

(एन → आर + ई - + ṽ ई),

जहां A(Z,N) प्रोटॉन Z और न्यूट्रॉन N की संख्या के साथ एक नाभिक का पदनाम है। नाभिक का आवेश 1 से बढ़ जाता है। सभी प्रकार के β-क्षय का सबसे सरल प्रकार एक मुक्त न्यूट्रॉन का क्षय है, जो प्रोटॉन से भारी है और इसलिए अस्थिर है।

2. नाभिक में शामिल प्रोटॉन एक न्यूट्रॉन (N), एक पॉज़िट्रॉन (e+) और एक न्यूट्रिनो (v e) में विघटित हो जाता है। यह β+ क्षय है।

ए(जेड,एन) → ए(जेड-1,एन+1) + ई + + वी ई

(पी → पीएन + ई + + वी ई)।

कोर चार्ज 1 से कम हो जाता है। प्रक्रिया केवल कोर में ही हो सकती है; एक मुक्त प्रोटॉन इस तरह से क्षय नहीं होता है।

3. अंत में, नाभिक निकटतम परमाणु इलेक्ट्रॉन (इलेक्ट्रॉन कैप्चर) को पकड़ सकता है और 1 कम चार्ज के साथ दूसरे नाभिक में बदल सकता है:

A(Z,N) + e - → A(Z-1,N+1) + v e

(पी + ई - → एन + वी ई)।

इस स्थिति में β कण उत्सर्जित नहीं होता है।

जब भौतिकविदों ने बीटा क्षय का अध्ययन करना शुरू किया, तो विशाल भेदन शक्ति वाले न्यूट्रिनो (v e या ṽ e) का अस्तित्व अज्ञात था।

प्रयोगकर्ताओं को जिस रहस्य का सामना करना पड़ता है वह पी-क्षय के दौरान उत्सर्जित इलेक्ट्रॉनों का निरंतर ऊर्जा स्पेक्ट्रम है। इस प्रक्रिया में, संतति केंद्रक जारी ऊर्जा का एक नगण्य हिस्सा रखता है। यह सब इलेक्ट्रॉन में चला जाता है, और इसलिए सभी β-कणों की ऊर्जा E 0 समान होनी चाहिए। और प्रयोगात्मक रूप से, निम्नलिखित चित्र देखा गया: किसी भी ऊर्जा के इलेक्ट्रॉन उत्सर्जित हुए, अधिकतम संभव तक - ई 0।

भौतिकविदों ने सुझाव दिया है कि स्रोत को दोष देना है: पी कण अपनी ऊर्जा खो देते हैं जब वे इसकी सामग्री से गुजरते हैं। इस परिकल्पना का परीक्षण करने के लिए, प्रयोगकर्ताओं के कई समूहों ने कैलोरीमेट्रिक प्रयोग किए। उन्होंने ऐसा किया: रेडियोधर्मी स्रोत को इतनी मोटी दीवारों वाले कैलोरीमीटर में रखा गया कि उनमें β-कण पूरी तरह से अवशोषित हो गए। इससे एक निश्चित समय में जारी सभी ऊर्जा को मापना संभव हो गया।

फिर हमने प्रति बीटा कण ऊर्जा की गणना की। प्रयोगकर्ताओं को उम्मीद थी कि यह E 0 के करीब होगा, लेकिन हर बार उन्हें लगभग 2 गुना कम मूल्य प्राप्त हुआ।

स्विस सैद्धांतिक भौतिक विज्ञानी डब्ल्यू. पाउली ने इस स्थिति से बाहर निकलने का एक रास्ता खोजा। उन्होंने सुझाव दिया कि बीटा क्षय के दौरान एक कण उत्सर्जित होता है जिसकी भेदन क्षमता इलेक्ट्रॉनों की तुलना में अतुलनीय रूप से अधिक होती है। कैलोरीमीटर की दीवारें इसे समाहित नहीं कर पाती हैं और यह कुछ ऊर्जा अपने साथ ले जाती है। इस तरह न्यूट्रिनो के विचार का जन्म हुआ।

β-क्षय का सिद्धांत 1934 में इतालवी भौतिक विज्ञानी ई. फर्मी द्वारा बनाया गया था। इसमें वैज्ञानिक ने सुझाव दिया कि नाभिक में न्यूक्लियॉन के क्षय के समय इलेक्ट्रॉन और न्यूट्रिनो का जन्म होता है। उन्होंने सिद्धांत में निरंतर जी को पेश किया, जिसने विद्युत चुम्बकीय प्रक्रियाओं के लिए चार्ज ई के रूप में β-क्षय के लिए समान भूमिका निभाई, और प्रयोगात्मक डेटा के आधार पर इसके मूल्य की गणना की। फर्मी के सिद्धांत ने पी-स्पेक्ट्रा के आकार की गणना करना और सीमा क्षय ऊर्जा ई 0 को रेडियोधर्मी नाभिक के जीवनकाल से जोड़ना संभव बना दिया। इस सिद्धांत में न्यूट्रिनो का आवेश शून्य और शून्य द्रव्यमान (किसी भी स्थिति में, m v ~) के बराबर था< m e).

अगले वर्षों में, उन्होंने सिद्धांत को संशोधित, पूरक और जटिल बनाने की कोशिश की, क्योंकि ऐसा लगता था कि यह बहुत सरल था और सभी प्रयोगात्मक डेटा का वर्णन नहीं करता था। भौतिकविदों को यह आश्वस्त होने में कई दशक बीत गए कि ये सभी जोड़ गलत प्रयोगों पर आधारित थे और फर्मी द्वारा चुना गया मार्ग सही था। एकीकृत कमजोर और विद्युत चुम्बकीय इंटरैक्शन के अब स्थापित सिद्धांत में इसे पहले सन्निकटन के रूप में शामिल किया गया है (पैरिटी, न्यूट्रिनो, कमजोर इंटरैक्शन देखें)।

आइए हम नाभिक के बीटा क्षय पर कुछ डेटा प्रस्तुत करें।

β-कणों (E 0) की सीमा ऊर्जा कई KeV से - 17 MeV तक होती है।

β-क्षय के संबंध में नाभिक का जीवनकाल 1.3x10 -2 s से ~2x10 13 वर्ष तक होता है।

हल्के पदार्थों में β-कणों की सीमा कई सेंटीमीटर होती है। वे परमाणुओं को आयनित करने और उत्तेजित करने के लिए अपनी ऊर्जा खो देते हैं।

भारी आयन भंडारण उपकरण विदेशी नाभिक के गुणों के अध्ययन में मौलिक रूप से नए अवसर खोलते हैं। विशेष रूप से, वे पूरी तरह से आयनित परमाणुओं - "नग्न" नाभिक के संचय और दीर्घकालिक उपयोग की अनुमति देते हैं। परिणामस्वरूप, उन परमाणु नाभिकों के गुणों का अध्ययन करना संभव हो जाता है जिनमें इलेक्ट्रॉनिक वातावरण नहीं होता है और जिनमें परमाणु नाभिक के साथ बाहरी इलेक्ट्रॉन आवरण का कोई कूलम्ब प्रभाव नहीं होता है।

चावल। 3.2 एक आइसोटोप में ई-कैप्चर की योजना (बाएं) और पूरी तरह से आयनित परमाणु और (दाएं)

किसी परमाणु की बंधी हुई अवस्था में क्षय की खोज पहली बार 1992 में की गई थी। पूरी तरह से आयनित परमाणु की बंधी हुई परमाणु अवस्थाओं में β-क्षय देखा गया था। परमाणु नाभिक के एन-जेड आरेख पर 163 डाई नाभिक को काले रंग में चिह्नित किया गया है। इसका मतलब है कि यह एक स्थिर कोर है। दरअसल, एक तटस्थ परमाणु का हिस्सा होने के नाते, 163 डाई नाभिक स्थिर है। इसकी जमीनी अवस्था (5/2 +) को 163 हो नाभिक की जमीनी अवस्था (7/2 +) से ई-कैप्चर के परिणामस्वरूप आबाद किया जा सकता है। 163 हो नाभिक, एक इलेक्ट्रॉन आवरण से घिरा हुआ, β - रेडियोधर्मी है और इसका आधा जीवन ~10 4 वर्ष है। हालाँकि, यह तभी सत्य है जब हम इलेक्ट्रॉन आवरण से घिरे नाभिक पर विचार करें। पूरी तरह से आयनित परमाणुओं के लिए तस्वीर मौलिक रूप से अलग है। अब 163 डाई नाभिक की जमीनी अवस्था 163 हो नाभिक की जमीनी अवस्था की तुलना में ऊर्जा में अधिक है और 163 डाई के क्षय की संभावना खुल जाती है (चित्र 3.2)

क्षय से उत्पन्न इलेक्ट्रॉन को आयन के रिक्त K या L कोश में कैद किया जा सकता है। परिणामस्वरूप, क्षय (3.8) का रूप प्राप्त होता है

→ + ई - + ई (एक बाध्य अवस्था में)।

K और L कोश में β-क्षय की ऊर्जा क्रमशः (50.3±1) keV और (1.7±1) keV के बराबर है। K- और L-शेल की बंधी अवस्थाओं में क्षय का निरीक्षण करने के लिए, GSI में ESR स्टोरेज रिंग में 10 8 पूर्णतः आयनित नाभिक जमा किए गए थे। संचय समय के दौरान, β + क्षय के परिणामस्वरूप नाभिक का निर्माण हुआ (चित्र 3.3)।

चावल। 3.3. आयन संचय की गतिशीलता: प्रयोग के विभिन्न चरणों के दौरान ईएसआर भंडारण रिंग में संचित Dy 66+ आयनों की धारा, β- Dy 66+ और Ho 67+ आयनों की तीव्रता, क्रमशः बाहरी और आंतरिक स्थिति-संवेदनशील डिटेक्टरों द्वारा मापी गई

चूंकि Ho 66+ आयनों का व्यावहारिक रूप से प्राथमिक Dy 66+ बीम के आयनों के समान M/q अनुपात होता है, इसलिए वे एक ही कक्षा में जमा होते हैं। संचय का समय ~30 मिनट था। डाई 66+ नाभिक के आधे जीवन को मापने के लिए, कक्षा में संचित किरण को Ho 66+ आयनों के मिश्रण से शुद्ध करना पड़ा। आयनों से बीम को साफ करने के लिए, 6·10 12 परमाणु/सेमी 2 के घनत्व और 3 मिमी के व्यास के साथ एक आर्गन गैस जेट को कक्ष में इंजेक्ट किया गया, जो ऊर्ध्वाधर दिशा में संचित आयन बीम को पार कर गया। इस तथ्य के कारण कि Ho 66+ आयनों ने इलेक्ट्रॉनों को पकड़ लिया, उन्होंने संतुलन कक्षा छोड़ दी। बीम को लगभग 500 सेकेंड तक साफ किया गया। जिसके बाद गैस धारा अवरुद्ध हो गई और क्षय के परिणामस्वरूप नवगठित (गैस धारा बंद करने के बाद) Dy 66+ आयन और Ho 66+ आयन, रिंग में घूमते रहे। इस चरण की अवधि 10 से 85 मिनट तक थी। Ho 66+ का पता लगाना और पहचान इस तथ्य पर आधारित थी कि Ho 66+ को और अधिक आयनित किया जा सकता है। ऐसा करने के लिए, अंतिम चरण में, एक गैस जेट को फिर से स्टोरेज रिंग में इंजेक्ट किया गया। अंतिम इलेक्ट्रॉन को 163 Ho 66+ आयन से हटा दिया गया, जिसके परिणामस्वरूप 163 Ho 67+ आयन प्राप्त हुआ। गैस जेट के बगल में एक स्थिति-संवेदनशील डिटेक्टर स्थित था, जिसने किरण से निकलने वाले 163 हो 67+ आयनों को रिकॉर्ड किया। चित्र में. चित्र 3.4 संचय समय पर β-क्षय के परिणामस्वरूप बनने वाले 163 हो नाभिकों की संख्या की निर्भरता को दर्शाता है। इनसेट स्थिति-संवेदनशील डिटेक्टर का स्थानिक रिज़ॉल्यूशन दिखाता है।
इस प्रकार, 163 डाई बीम में 163 हो नाभिक का संचय क्षय की संभावना का प्रमाण था

→ + ई - + ई (एक बाध्य अवस्था में)।

चावल। 3.4. संचय समय के आधार पर पुत्री आयनों 163 Ho 66+ से प्राथमिक 163 Dy 66+ का अनुपात। इनसेट: पीक 163 हो 67+, आंतरिक डिटेक्टर द्वारा रिकॉर्ड किया गया

बीम को Ho 66+ अशुद्धता से साफ करने और बीम में नवगठित Ho 66+ आयनों को रिकॉर्ड करने के समय के बीच समय अंतराल को अलग-अलग करके, पूरी तरह से आयनित Dy 66+ आइसोटोप के आधे जीवन को मापना संभव है। यह ~0.1 वर्ष के बराबर निकला।
इसी तरह का क्षय 187 Re 75+ के लिए खोजा गया था। प्राप्त परिणाम खगोल भौतिकी के लिए अत्यंत महत्वपूर्ण है। तथ्य यह है कि तटस्थ 187 रे परमाणुओं का आधा जीवन 4·10 10 वर्ष है और इसका उपयोग रेडियोधर्मी घड़ियों के रूप में किया जाता है। 187 Re 75+ का आधा जीवन केवल 33±2 वर्ष है। इसलिए, खगोलभौतिकीय मापों में उचित सुधार करना आवश्यक है, क्योंकि तारों में 187 रे प्रायः आयनित अवस्था में पाया जाता है।
पूरी तरह से आयनित परमाणुओं के गुणों के अध्ययन से बाहरी इलेक्ट्रॉन आवरण के कूलम्ब प्रभाव से वंचित, नाभिक के विदेशी गुणों पर शोध की एक नई दिशा खुलती है।

बीटा क्षयएक तटस्थ नाभिक के एक नाभिक में सहज परिवर्तन की प्रक्रिया है - Z = ±1 पर एक अलग चार्ज के साथ एक आइसोबार। बीटा क्षय के दौरान उत्सर्जित कणों की गति प्रकाश की गति के करीब होती है।

-विकिरण की तरह, -विकिरण चुंबकीय और विद्युत क्षेत्रों में विक्षेपित होता है, लेकिन विपरीत दिशा में और अधिक दूरी पर। यह इंगित करता है कि बीटा विकिरण कम द्रव्यमान के नकारात्मक चार्ज कणों की एक धारा है। ई/एम अनुपात के आधार पर, रदरफोर्ड ने बीटा कणों को साधारण इलेक्ट्रॉनों के रूप में पहचाना।

फ़ाइनेस-सोड्डी विस्थापन नियम के अनुसार, क्षय के परिणामस्वरूप किसी तत्व के आइसोटोप की उपस्थिति होती है जो द्रव्यमान संख्या को बदले बिना एक कोशिका को मूल तत्व के दाईं ओर स्थानांतरित कर देता है।

परमाणु परिवर्तनों के दौरान उत्पन्न होने वाले इलेक्ट्रॉनों को अलग करने के लिए उन्हें कहा जाने लगा बीटा कण. आमतौर पर इलेक्ट्रॉन उत्सर्जित करने वाले नाभिक के बारे में जो कहा जाता है, उसके बावजूद, परमाणु नाभिक में अपने शुद्ध रूप में इलेक्ट्रॉन नहीं होते हैं। परमाणु परिवर्तन की क्रिया में ही बीटा कण बनता है।

तीन प्रकार के क्षय ज्ञात हैं: इलेक्ट्रोनिक-क्षय, पॉज़िट्रॉन + -क्षय और इलेक्ट्रॉनिक के-कैप्चरनाभिक द्वारा इलेक्ट्रॉन नाभिक के निकटतम कोश में से एक के साथ।

बीटा क्षय के दौरान, नाभिक की द्रव्यमान संख्या नहीं बदलती है, बल्कि केवल आवेश बदलता है, क्षय के मामले में एक अधिक और + क्षय और K-कैप्चर के मामले में एक कम। के अनुसार फ़ैजंस-सोड्डी शिफ्ट नियम, इस प्रकार के क्षय के लिए हम लिख सकते हैं:

नाभिक में न्यूक्लियंस के निम्नलिखित प्रकार के पारस्परिक परिवर्तन से सभी तीन प्रकार के क्षय कम हो जाते हैं।

क्षय - एन ओ आर + + ई - + ; Р एस + ई - + ; (-क्षय);

क्षय - पी एन ओ + ई + + ; सी बी + ई + + (+ -क्षय);

के-कैप्चर - पी + + ई - एन + ; सीएस + ई - एक्सई + (के- कैप्चर)

इस प्रकार, इलेक्ट्रॉन और पॉज़िट्रॉन नाभिक में स्थित नहीं होते हैं, लेकिन एक न्यूक्लियॉन से दूसरे में संक्रमण के समय दिखाई देते हैं। जैसा कि परिवर्तन आरेखों से देखा जा सकता है, सभी प्रकार के परिवर्तनों की एक विशिष्ट विशेषता उत्सर्जन है न्युट्रीनोया एंटीन्यूट्रिनो

पहली बार की अवधारणा न्युट्रीनोडब्ल्यू. पाउली द्वारा प्रस्तुत किया गया 1930एक इलेक्ट्रॉन के उत्सर्जन के साथ रेडियोधर्मी क्षय के दौरान ऊर्जा के "खोए हुए" भाग की व्याख्या करना। कुल कण ऊर्जाऔर गामा क्वांटा कई निकले प्रवेश करने वाले कणों की कम ऊर्जाबातचीत में. पाउली ने सुझाव दिया कि ऊर्जा का लुप्त भाग एक कण के साथ निकल जाता है, जिसे उन्होंने कहा "न्यूट्रिनो"।न्यूट्रिनो एक अनावेशित प्राथमिक कण है जिसका विश्राम द्रव्यमान शून्य के करीब है। न्यूट्रिनो में असाधारण भेदन शक्ति होती है। इसका पता लगाना बेहद मुश्किल है, क्योंकि किसी भौतिक माध्यम से न्यूट्रिनो का गुजरना व्यावहारिक रूप से किसी भी प्रभाव के साथ नहीं होता है। एंटीन्यूट्रिनो में समान गुण होते हैं।

जैसा कि इलेक्ट्रॉनिक बीटा क्षय के दौरान परिवर्तन योजनाओं से देखा जा सकता है, न्यूट्रॉन में से एक प्रोटॉन में बदल जाता है, और मातृ नाभिक एक इलेक्ट्रॉन और एक एंटीन्यूट्रिनो उत्सर्जित करता है। योजनाबद्ध रूप से, इस प्रक्रिया को इस प्रकार दर्शाया गया है:

इलेक्ट्रॉनिक बीटा क्षय के साथ गामा विकिरण भी हो सकता है। ऐसा तब होता है, जब क्षय प्रक्रिया के दौरान, एक नाभिक बनता है जो जमीनी अवस्था में नहीं, बल्कि उत्तेजित अवस्था में होता है। इस तरह के क्षय का एक उदाहरण स्ट्रोंटियम का येट्रियम में परिवर्तन है:

मुक्त अवस्था में प्रोटॉन को न्यूट्रॉन में बदलने की विपरीत प्रक्रिया असंभव है, क्योंकि न्यूट्रॉन का द्रव्यमान प्रोटॉन के द्रव्यमान से अधिक होता है। हालाँकि, N और Z में स्थित नाभिक, न्यूक्लियॉन पुनर्व्यवस्था के परिणामस्वरूप स्थिरता रेखा के नीचे समन्वयित होते हैं, एक प्रोटॉन को न्यूट्रॉन के साथ प्रतिस्थापित करके कम स्थिर स्थिति से अधिक स्थिर स्थिति में जा सकते हैं। इस मामले में, प्रोटॉन अपना चार्ज खो देता है, न्यूट्रॉन और पॉज़िट्रॉन (ई +) में बदल जाता है, एक कण जिसमें सकारात्मक चार्ज होता है, लेकिन एक इलेक्ट्रॉन का द्रव्यमान होता है। चूँकि जब पॉज़िट्रॉन उत्सर्जित होता है, तो इलेक्ट्रॉन शेल से एक इलेक्ट्रॉन को पकड़ लिया जाता है, जिससे परमाणु की विद्युत तटस्थता का संरक्षण सुनिश्चित होता है, पॉज़िट्रॉन क्षय तब हो सकता है जब अंतिम और प्रारंभिक अवस्था में ऊर्जा अंतर 1.02 MeV से अधिक हो, यानी इससे अधिक दो इलेक्ट्रॉनों का शेष द्रव्यमान। पॉज़िट्रॉन क्षय के दौरान, पॉज़िट्रॉन तुरंत नाभिक छोड़ देता है, और धीमा होने के बाद, इसका द्रव्यमान इलेक्ट्रॉन के द्रव्यमान के साथ नष्ट हो जाता है। पॉज़िट्रॉन क्षय की उपस्थिति 0.51 MeV की ऊर्जा वाले दो गामा क्वांटा के पंजीकरण से प्रमाणित होती है। यह प्रक्रिया ऊर्जा के अवशोषण के साथ होती है, क्योंकि न्यूट्रॉन का द्रव्यमान प्रोटॉन के द्रव्यमान से अधिक होता है।

जब एक पॉज़िट्रॉन और एक इलेक्ट्रॉन नष्ट हो जाते हैं, तो उनका द्रव्यमान पूरी तरह से दो क्वांटा की ऊर्जा में परिवर्तित हो जाता है। यह ऊर्जा शेष नाभिक के पुनर्गठन के कारण उत्पन्न होती है:

e_+e+2+1.02 मेव

प्राकृतिक रेडियोन्यूक्लाइड में पॉज़िट्रॉन उत्सर्जन बहुत दुर्लभ है और मुख्य रूप से कण त्वरक का उपयोग करके कृत्रिम रूप से उत्पादित रेडियोन्यूक्लाइड में होता है:

O N + e + ;Fe Mn + e + +

यदि परिवर्तन ऊर्जा मान 1.02 MeV से कम है, तो पॉज़िट्रॉन उत्सर्जन संभव नहीं है। इस मामले में, मूल न्यूक्लाइड एक इलेक्ट्रॉन, तथाकथित, को पकड़कर बेटी में चला जाता है के-ग्रैब.

न्यूट्रॉन की कमी (न्यूट्रॉन-कमी वाले नाभिक) वाले भारी तत्वों के नाभिक के लिए, प्रोटॉन का न्यूट्रॉन में परिवर्तन केवल इलेक्ट्रॉन के-कैप्चर तंत्र के माध्यम से होता है। चूँकि एक परमाणु में K-इलेक्ट्रॉन औसतन नाभिक के सबसे निकट होते हैं, इसलिए नाभिक द्वारा K-शेल से एक इलेक्ट्रॉन ग्रहण करने की कुछ संभावना होती है।

चूँकि न्यूट्रॉन का द्रव्यमान प्रोटॉन और इलेक्ट्रॉन के कुल द्रव्यमान से अधिक होता है, इसलिए इस प्रतिक्रिया को पूरा करने के लिए अतिरिक्त ऊर्जा की आवश्यकता होती है। यह ऊर्जा नवगठित नाभिक की बंधन ऊर्जा को बढ़ाकर ली जाती है। भारी तत्वों के परमाणुओं के लिए, के-कैप्चर पॉज़िट्रॉन उत्सर्जन की तुलना में अधिक संभावना है।

एक नाभिक द्वारा एक इलेक्ट्रॉन का कब्जा हमेशा साथ होता है एक्स-रे विकिरण, चूँकि ऊपर स्थित कोश से कक्षीय इलेक्ट्रॉन तुरंत निचले ऊर्जा स्तर पर रिक्त स्थान पर चले जाते हैं।

इसके अलावा, के-कैप्चर के साथ है ऑगर इलेक्ट्रॉनों का उत्सर्जनपरमाणु के उत्तेजित इलेक्ट्रॉन कोश से।

प्रकाश तत्वों के नाभिक के लिए तीनों विकल्प सामान्य हैं - क्षय।

बीटा क्षय ऊर्जावान रूप से संभव है यदि प्रारंभिक अवस्था में सिस्टम का शेष द्रव्यमान अंतिम अवस्था में इसके शेष द्रव्यमान से अधिक हो।

चूँकि न्यूट्रिनो (एंटीन्यूट्रिनो) का शेष द्रव्यमान 0 के बराबर है, परिवर्तनों के लिए ऊर्जा स्थितियों का रूप इस प्रकार है:

М(Z,A) М(Z + 1), A + m e- () - क्षय

M(Z,A) M(Z - 1), A + m e+ (+) क्षय

एम(जेड,ए) + एमई एम(जेड-1), ए-के कैप्चर

इन स्थितियों से यह स्पष्ट है कि के-कैप्चर पॉज़िट्रॉन क्षय की तुलना में ऊर्जावान रूप से अधिक अनुकूल है।

चूँकि उत्तेजना ऊर्जा, जिसे क्षय के दौरान नाभिक से दूर ले जाया जाता है, एक इलेक्ट्रॉन और एक एंटीन्यूट्रिनो के बीच या एक पॉज़िट्रॉन और एक न्यूट्रिनो के बीच पुनर्वितरित होती है और यादृच्छिकता के नियम का पालन करती है, क्षय में एक निरंतर ऊर्जा स्पेक्ट्रम होता है। ऊर्जाओं - कणों और न्यूट्रिनो (एंटीन्यूट्रिनो) का योग हमेशा किसी दिए गए आइसोटोप की निरंतर मूल्य विशेषता के बराबर होता है और इसे कहा जाता है अधिकतम ऊर्जा - स्पेक्ट्रम.

ई. फर्मी ने विकिरण की अधिकतम ऊर्जा को क्षय स्थिरांक से संबंधित एक अनुभवजन्य समीकरण प्राप्त किया, एल:

बीटा कणों की अधिकतम ऊर्जा 0.015 - 15 MeV की सीमा में होती है, और अर्ध-जीवन 0.3 s से 6.10 14 वर्ष तक भिन्न होता है

ई. रेसेनफोर्ड ने अंग्रेजी रेडियोकेमिस्ट एफ. सोड्डी के साथ मिलकर साबित किया कि रेडियोधर्मिता एक रासायनिक तत्व के दूसरे में सहज परिवर्तन के साथ होती है।
इसके अलावा, रेडियोधर्मी विकिरण के परिणामस्वरूप, रासायनिक तत्वों के परमाणुओं के नाभिक में परिवर्तन होता है।

परमाणु नाभिक का पदनाम

आइसोटोप

रेडियोधर्मी तत्वों में से ऐसे तत्वों की खोज की गई जो रासायनिक रूप से अप्रभेद्य थे, लेकिन द्रव्यमान में भिन्न थे। तत्वों के इन समूहों को "आइसोटोप" ("आवर्त सारणी में एक स्थान पर कब्जा करने वाला") कहा जाता था। एक ही रासायनिक तत्व के समस्थानिकों के परमाणुओं के नाभिक न्यूट्रॉन की संख्या में भिन्न होते हैं।

अब यह स्थापित हो गया है कि सभी रासायनिक तत्वों में आइसोटोप होते हैं।
प्रकृति में, सभी रासायनिक तत्व, बिना किसी अपवाद के, कई समस्थानिकों के मिश्रण से बने होते हैं, इसलिए, आवर्त सारणी में, परमाणु द्रव्यमान भिन्नात्मक संख्याओं में व्यक्त किए जाते हैं।
यहां तक ​​कि गैर-रेडियोधर्मी तत्वों के समस्थानिक भी रेडियोधर्मी हो सकते हैं।

अल्फा - क्षय

अल्फा कण (हीलियम परमाणु का नाभिक)
- 83 से अधिक क्रमांक वाले रेडियोधर्मी तत्वों की विशेषता
.- द्रव्यमान और आवेश संख्या के संरक्षण का नियम आवश्यक रूप से संतुष्ट होता है।
- अक्सर गामा विकिरण के साथ।

अल्फा क्षय प्रतिक्रिया:

एक रासायनिक तत्व के अल्फा क्षय के दौरान, एक और रासायनिक तत्व बनता है, जो आवर्त सारणी में मूल की तुलना में अपनी शुरुआत के 2 कोशिकाओं के करीब स्थित होता है।

प्रतिक्रिया का भौतिक अर्थ:

एक अल्फा कण के उत्सर्जन के परिणामस्वरूप, नाभिक का आवेश 2 प्राथमिक आवेशों से कम हो जाता है और एक नया रासायनिक तत्व बनता है।

ऑफसेट नियम:

एक रासायनिक तत्व के बीटा क्षय के दौरान, एक और तत्व बनता है, जो मूल के बाद अगले सेल में आवर्त सारणी में स्थित होता है (तालिका के अंत के करीब एक सेल)।

बीटा - क्षय

बीटा कण (इलेक्ट्रॉन).
- अक्सर गामा विकिरण के साथ।
- एंटीन्यूट्रिनो (उच्च भेदन शक्ति वाले हल्के विद्युत रूप से तटस्थ कण) के निर्माण के साथ हो सकता है।
- द्रव्यमान और आवेश संख्या के संरक्षण का नियम पूरा होना चाहिए।

बीटा क्षय प्रतिक्रिया:

प्रतिक्रिया का भौतिक अर्थ:

परमाणु के नाभिक में एक न्यूट्रॉन एक प्रोटॉन, इलेक्ट्रॉन और एंटीन्यूट्रिनो में बदल सकता है, जिसके परिणामस्वरूप नाभिक एक इलेक्ट्रॉन उत्सर्जित करता है।

ऑफसेट नियम:

उनके लिए जो अभी तक थके नहीं हैं

मैं क्षय प्रतिक्रियाओं को लिखने और काम सौंपने का सुझाव देता हूं।
(परिवर्तनों की एक श्रृंखला बनाएं)

1. किस रासायनिक तत्व का नाभिक एक अल्फा क्षय का उत्पाद है
और किसी दिए गए तत्व के नाभिक के दो बीटा क्षय?