Видове ядрени трансформации, алфа и бета разпад

Енциклопедичен YouTube

1 / 3

✪ Видове разпад

✪ физика на РАДИОАКТИВНОСТ

✪ Алфа и бета разпада

Субтитри

Всичко, което обсъждахме досега в химията, се основава на стабилността на електроните и къде е най-вероятно те да бъдат в стабилни обвивки. Но ако продължим да изучаваме атома, се оказва, че не само електроните се намират и действат в атома. Взаимодействията възникват в самото ядро, то се характеризира с нестабилност, която се стреми да отслаби. Това ще бъде темата на нашия видео урок. Всъщност изучаването на тези механизми не е включено в програмата по химия за първокурсници, но това знание определено няма да е излишно. Когато изучаваме силните ядрени сили, квантовата физика и други подобни, ще разгледаме по-подробно защо протоните, неутроните и кварките, които съставляват ядрата на атомите, взаимодействат по този начин. А сега нека си представим как изобщо може да се разпадне ядрото. Да започнем с протонен лъч. Ще нарисувам няколко. Това са протони, а тук ще бъдат неутрони. Ще ги нарисувам в подходящ цвят. Сивият цвят е това, от което се нуждаете. И така, ето ги, моите неутрони. Колко протона имам? Имам 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8. И така, ще има 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 неутрона. Да кажем, че това е ядрото на атом. Между другото, това е първото видео за атомното ядро. Като цяло рисуването на атом всъщност е много трудно, защото няма добре дефинирани граници. Един електрон може да бъде навсякъде по всяко време. Но ако говорим за местоположението на електрона в 90% от времето, тогава това ще бъде радиусът или диаметърът на атома. Отдавна знаем, че ядрото е безкрайно малка част от обема на сферата, където се намира електронът в 90% от времето. И от това следва, че почти всичко, което виждаме около нас, е празно пространство. Всичко това е празно пространство. Казвам това, защото това е безкрайно малко петънце, въпреки че е много малка част от обема на атома, неговата маса е почти цялата маса на атома - това е много важно. Те не са атоми, не са електрони. Проникваме в ядрото. Оказва се, че понякога ядрото е нестабилно и има тенденция да постигне по-стабилна конфигурация. Няма да навлизаме в подробности за причините за нестабилността на ядрото. Но нека само да кажа, че понякога излъчва така наречените алфа частици. Това явление се нарича алфа разпад. Да запишем. Алфа разпад. Ядрото излъчва алфа частица, звучи фантастично. Това е просто съвкупност от неутрони и протони. Алфа-частицата е два неутрона и два протона. Може би смятат, че не се вписват тук, тези, например. И има емисии. Те напускат ядрото. Помислете какво се случва с атом, когато се случи нещо подобно. Да вземем случаен елемент, да го наречем E. Той има P - протони. Ще нарисувам буквите в същия цвят като протоните. И така, ето ги протоните. Естествено, елементът Е има атомно масово число, равно на сумата от протони и неутрони. Неутроните са сиви. Настъпва алфа разпад, какво ще се случи с този елемент? Какво ще се случи с този елемент? Броят на протоните се намалява с два. Следователно броят на протоните ще бъде p минус 2. И броят на неутроните също намалява с два. Така че тук имаме p минус 2, плюс нашите неутрони минус 2, тоест общо минус 4. Масата се намалява с четири и старият елемент се превръща в нов. Не забравяйте, че елементите се определят от броя на протоните. При алфа разпад губите два неутрона и два протона, но именно протоните превръщат този елемент в друг. Ако наречем този елемент 1, което ще направя, сега имаме нов елемент, елемент 2. Погледнете внимателно. Има излъчване на нещо, което има два протона и два неутрона. Следователно масата му ще бъде равна на масата на два протона и два неутрона. Какво е това? Нещо, което има маса от четири отделни части. Какво съдържа два протона и два неутрона? Сега нямам периодична таблица на елементите. Забравих да го изрежа и залепя, преди да заснема това видео. Но бързо ще намерите елемент в периодичната таблица, който има два протона и този елемент е хелий. Атомната му маса наистина е четири. Всъщност по време на алфа разпада се излъчва хелиевото ядро. Това е ядрото на хелия. Тъй като това е хелиево ядро, то няма електрони, които да неутрализират заряда на протоните, той е йон. Той няма електрони. Той има само два протона, така че има заряд плюс 2. Нека подпишем заряда. Алфа частица е просто хелиев йон, хелиев йон със заряд плюс 2, спонтанно излъчван от ядрото за постигане на по-стабилно състояние. Това е един вид разпад. Сега други.. Начертаваме още едно ядро. Начертайте неутрони. Начертайте протони. Понякога се оказва, че неутронът се чувства неудобно. Той гледа какво правят протоните всеки ден и казва, знаеш ли какво? Някак си, когато слушам себе си, чувствам, че наистина трябва да съм протон. Ако бях протон, цялото ядро ​​щеше да е малко по-стабилно. И какво прави, за да стане протон? Не забравяйте, че неутронът има неутрален заряд? Това прави, излъчва електрон. Изглежда лудост. Електрони в неутрони и всичко това. И съм съгласен с теб. Това е лудост. И един ден ще изучим всичко, което е вътре в ядрото. Засега нека просто кажем, че един неутрон може да излъчва електрон. Какво прави той. И така, тук е електронът. Приемаме масата му за равна на нула .. Всъщност това не е така, но сега говорим за единици за атомна маса. Ако масата на протона е единица, тогава масата на електрона е 1836 пъти по-малка. Следователно приемаме масата му за нула. Въпреки че не е така. И зарядът му е минус 1. И така, обратно към процеса. Неутронът излъчва електрон. Разбира се, неутронът не остава неутрален, а се превръща в протон. Това се нарича бета разпад. Нека запишем това виждане. Бета разпад. А бета частицата всъщност е просто излъчен електрон. Да се ​​върнем към нашата стихия. Той има определен брой протони и неутрони. Заедно те образуват масовото число. Какво се случва, когато претърпи бета разпад? Променя ли се броят на протоните? Разбира се, имаме един протон повече, отколкото имахме, защото един неутрон се превърна в протон. Броят на протоните се е увеличил с 1. Променило ли се е масовото число? Да видим. Броят на неутроните е намалял с едно, а броят на протоните се е увеличил с едно. Следователно масовото число не се е променило. Все още е P плюс N, тоест масата остава същата, за разлика от ситуацията с алфа разпад, но самият елемент се променя. Броят на протоните се променя. В резултат на бета разпада, ние отново получаваме нов елемент. Сега ситуацията е различна. Да кажем, че един от тези протони гледа неутроните и казва, знаете ли какво? Виждам как живеят. Обичам го. Мисля, че щях да се чувствам по-удобно и нашата група частици вътре в ядрото щеше да бъде по-щастлива, ако бях и неутрон. Всички ще сме в по-стабилно състояние. И какво прави той? Този неудобен протон има способността да излъчва позитрон, а не протон. Излъчва позитрон. И какво е то? Това е частица, която има точно същата маса като електрона. Тоест масата му е 1836 пъти по-малка от масата на протон. Но тук просто пишем нула, защото в единици атомна маса тя се доближава до нула. Но позитронът има положителен заряд. Малко е объркващо, че тук все още пише e. Когато видя e, мисля, че е електрон. Но не, тази частица се обозначава с буквата e, защото е от същия тип частица, но вместо отрицателен заряд, тя има положителен заряд. Това е позитрон. Да подпишем. Нещо необичайно започва да се случва с тези видове частици и материя, които обмисляме. Но това е факт. И ако протонът излъчва тази частица, тогава неговият положителен заряд практически напуска с нея и този протон се превръща в неутрон. Това се нарича позитронна емисия. Емисията на позитрон е доста лесно да си представим. Заглавието казва всичко. Елемент Е отново, с определено количество протони и неутрони. Какъв трябва да бъде този нов елемент? Той губи протон. P минус 1. Превръща се в неутрон. Тоест числото P се намалява с единица. Числото N се увеличава с единица. Следователно масата на целия атом не се променя. Ще бъде P плюс N. Но все пак трябва да завършим с друг елемент, нали? Когато настъпи бета-разпад, броят на протоните се увеличава. Преместихме се вдясно в периодичната таблица или увеличихме, разбирате какво имам предвид. Когато се излъчи позитрон, броят на протоните намалява. Необходимо е да се запише това и в двете реакции. И така, това е излъчването на позитрон и остава един позитрон. И в нашия бета разпад остава един електрон. Реакциите са написани по абсолютно същия начин. Знаете, че това е електрон, защото има заряд минус 1. Знаете, че е позитрон, защото има заряд плюс 1. Има един последен тип разпад, за който трябва да знаете. Но това не променя броя на протоните или неутроните в ядрото. Той просто освобождава огромно количество енергия или понякога високоенергиен протон. Това явление се нарича гама разпад. Гама разпад означава, че тези частици променят конфигурацията си. Приближават се малко. И приближавайки се, те излъчват енергия под формата на електромагнитно излъчване с много малка дължина на вълната. По същество можете да го наречете гама частица или гама лъч. Това е супер висока енергия. Гама лъчите са много опасни. Могат да те убият. Всичко беше теория. Сега нека решим няколко проблема и да разберем с какъв тип разпад имаме работа. Тук имам берилий-7, където седем е атомната маса. И го превръщам в литий-7. И така, какво става тук? Масата на ядрото на берилия остава непроменена, но броят на протоните намалява от четири на три. Броят на берилиевите протони е намалял. Общото тегло не се е променило. Със сигурност това не е алфа разпад. Алфа разпадът, както знаете, е освобождаването на хелий от ядрото. И така, какво се откроява? Освобождава се положителен заряд или позитрон. Това е показано тук с уравнение. Това е позитрон. Следователно, този тип разпад на берилий-7 до литий-7 е емисия на позитрон. Всичко е ясно. Сега нека разгледаме следващия пример. Уран-238 се разпада до торий-234. И виждаме, че атомната маса намалява с 4 и виждаме, че атомното число намалява, броят на протоните намалява с 2. Вероятно нещо, което има атомна маса четири и атомно число две, тоест хелий, има е освободен. Така че това е алфа разпад. Ето алфа частицата. Това е пример за алфа разпад. Но не всичко е толкова просто. Защото ако от 92 протона са останали 90 протона, остават още 92 електрона. Ще има ли такса минус 2 сега? И нещо повече, хелият, който се отделя, няма електрони. Това е просто хелиево ядро. Така че таксата ще бъде ли плюс 2? Ако зададете този въпрос, ще бъдете напълно прав. Но всъщност точно в момента на разпад торият вече няма причина да задържа тези два електрона, така че тези два електрона изчезват и торият отново става неутрален. И хелият реагира много бързо по същия начин. Наистина се нуждае от два електрона, за да бъде стабилен, така че грабва два електрона много бързо и става стабилен. Можете да го напишете по всякакъв начин. Нека разгледаме още един пример. Тук имам йод. Добре. Да видим какво ще стане. Масата не се променя. Протоните трябва да се превърнат в неутрони или неутроните - да се превърнат в протони. Виждаме, тук имам 53 протона, а тук имам 54. Очевидно един неутрон се превърна в протон. Неутронът, очевидно, се превърна в протон. Неутронът се превръща в протон чрез излъчване на електрон. И ние го наблюдаваме по време на тази реакция. Електронът се освобождава. Така че това е бета разпад. Това е бета частица. Подписано. Прилага се същата логика. Чакай, вместо 53 има 54 протона. След като е добавен още един протон, ще имам ли положителен заряд? Да, ще стане. Но много скоро – може би не точно тези електрони, има толкова много електрони, които се въртят наоколо – ще грабна електрони отнякъде, за да стана стабилен и отново да стана стабилен. Но ще бъдете напълно прав, ако зададете въпроса дали частицата ще стане йон за малка част от времето? Нека разгледаме още един пример. Радон-222 с атомен номер 86, който се превръща в полоний-218, с атомен номер 84. Интересно малко отклонение. Полоният е кръстен на Полша, защото Мария Кюри, която го е открила, е от там по това време, около края на 1800-те - Полша все още не е съществувала като отделна страна. Територията му е разделена между Прусия, Русия и Австрия. А поляците много искаха хората да знаят, че са един народ. Те откриха, че когато радонът се разпада, този елемент се образува. И го кръстиха в чест на родината си Полша. Това е привилегията да откривате нови елементи. Но обратно към задачата. И какво стана? Атомната маса е намаляла с четири. Атомният номер е намалял с две. Повтарям още веднъж, очевидно се е отделила частица хелий. Ядрото на хелия има атомна маса четири и атомен номер две. Всичко е ясно. Така че това е алфа разпад. Можете да напишете, че това е хелиево ядро. Той няма електрони. Можем дори веднага да кажем, че ще има отрицателен заряд, но след това го губи. Субтитри от общността на Amara.org

теория

Алфа разпад от главенсъстояния се наблюдават само в достатъчно тежки ядра, например в радий-226 или уран-238. Алфа-радиоактивните ядра в таблицата с нуклиди се появяват, започвайки от атомно число 52 (телур) и масово число около 106-110, а с атомно число по-голямо от 82 и масово число по-голямо от 200, почти всички нуклиди са алфа-радиоактивни, въпреки че може да има алфа разпад и недоминиращ режим на разпадане. Между естественоизотопи, алфа радиоактивност се наблюдава в няколко нуклида на редкоземни елементи (неодим-144, самарий-147, самарий-148, европий-151, гадолиний-152), както и в няколко нуклида на тежки метали (хафний-174, волфрам -180, осмий-186, платина-190, бисмут-209, торий-232, уран-235, уран-238) и краткотрайни продукти на разпад на уран и торий.

Алфа разпад от силно развълнуванядрени състояния се наблюдават и в редица леки нуклиди, например в литий-7.

Алфа частица претърпява тунелен преход през потенциална бариера поради ядрени сили, така че алфа разпадът е по същество квантов процес. Тъй като вероятността за тунелния ефект зависи експоненциално от височината на бариерата, полуживотът на алфа-активните ядра нараства експоненциално с намаляване на енергията на алфа-частиците (този факт е съдържанието на закона на Гайгер-Натал). Когато енергията на алфа частиците е по-малка от 2 MeV, животът на алфа-активните ядра значително надвишава живота на Вселената. Следователно, въпреки че повечето естествени изотопи, по-тежки от церия, по принцип са способни да се разпадат през този канал, само няколко от тях действително са регистрирали такъв разпад. Опасност за живите организми

Тъй като са доста тежки и положително заредени, алфа-частиците от радиоактивен разпад имат много малък обхват на материята и, когато се движат през среда, бързо губят енергия на кратко разстояние от източника. Това води до факта, че цялата радиационна енергия се освобождава в малък обем материя, което увеличава шансовете за увреждане на клетките, когато източникът на радиация навлезе в тялото. въпреки това външенрадиацията от радиоактивни източници е безвредна, тъй като алфа-частиците могат ефективно да бъдат уловени от няколко сантиметра въздух или десетки микрометри плътна материя - например лист хартия и дори роговия мъртъв слой на епидермиса, без да достигат до живи клетки. Дори докосването до източник на чисто алфа лъчение не е опасно, въпреки че трябва да се помни, че много източници на алфа лъчение също излъчват много по-проникващи видове радиация (бета частици, гама кванти, понякога неутрони). Въпреки това, ако алфа източник попадне в тялото, това води до значително излагане на радиация. Коефициентът на качество на алфа лъчението е 20 (повече от всички други видове йонизиращи лъчения, с изключение на тежките ядра и фрагментите на делене). Това означава, че в жива тъкан алфа частица създава приблизително 20 пъти повече щети от гама лъчи или бета частици с еднаква енергия.

Всичко по-горе се отнася за радиоактивни източници на алфа частици, чиято енергия не надвишава 15 MeV. Алфа-частиците, произведени в ускорителя, могат да имат значително по-висока енергия и да създават значителна доза дори при външно облъчване на тялото.

При този тип разпад ядрото с атомен номер Z и масово число A се разпада чрез излъчване на алфа частица, което води до образуването на ядро ​​с атомен номер Z-2 и масово число A-4:

В момента са известни повече от 200 алфа-излъчващи нуклида, сред които почти няма леки и средни ядра. От леките ядра 8 Be е изключение; освен това са известни около 20 алфа-излъчващи нуклида на редкоземни елементи. По-голямата част от а-излъчващите изотопи са радиоактивни елементи, т.е. до елементи със Z> 83, сред които значителна част заемат изкуствени нуклиди. Сред естествените нуклиди има около 30 алфа-активни ядра, принадлежащи към три радиоактивни семейства (серия уран, актиний и торий), които са обсъдени по-горе. Времето на полуразпад на известните алфа радиоактивни нуклиди варира от 0,298 µs за 212 Po до >10 15 години за 144 Nd, 174 Hf. Енергията на алфа частиците, излъчвани от тежките ядра от основните състояния, е 4-9 MeV, а от ядрата на редкоземните елементи 2-4,5 MeV.

Че вероятността от алфа разпад се увеличава с увеличаване Z,се дължи на факта, че този тип трансформация на ядрата е свързана с кулоновско отблъскване, което с увеличаване на размера на ядрата нараства пропорционално З 2 , докато ядрените сили на привличане нарастват линейно с увеличаване на масовото число А.

Както беше показано по-рано, ядрото ще бъде нестабилно по отношение на a-разпад, ако е валидно следното неравенство:

къде и са масите на покой съответно на началното и крайното ядро;

е масата на а-частицата.

Енергия на α-разпад на ядрата ( Еα) е сумата от кинетичната енергия на алфа-частицата, излъчена от родителското ядро Tα и кинетичната енергия, която дъщерното ядро ​​придобива в резултат на излъчването на алфа частица (енергия на откат) T отд:

Използвайки законите за запазване на енергията и импулса, можем да получим съотношението:

където М отд = е масата на ядрото на отката;

Мα е масата на алфа частицата.

Решавайки заедно уравнения (4.3) и (4.4), получаваме:

. (4.5)

И съответно,

. (4.6)

Уравнения (4.5 и 4.6) показват, че по-голямата част от енергията на алфа разпада (около 98%) се отнася от алфа частици. Кинетичната енергия на ядрото на отката е ≈100 keV (при енергия на алфа разпада ≈5 MeV). Трябва да се отбележи, че дори такива на пръв поглед малки стойности на кинетичната енергия на атомите на откат са много значителни и водят до висока реактивност на атоми с подобни ядра. За сравнение отбелязваме, че енергията на топлинното движение на молекулите при стайна температура е приблизително 0,04 eV, а енергията на химическото свързване обикновено е по-малка от 2 eV. Следователно ядрото на отката не само прекъсва химическата връзка в молекулата, но и частично губи електронната обвивка (електроните просто не се справят с ядрото на отката) с образуването на йони.

Когато се разглеждат различни видове радиоактивен разпад, включително алфа разпад, се използват енергийни диаграми. Най-простата енергийна диаграма е показана на фиг. 4.1.

Ориз. 4.1. Най-простата схема на алфа разпад.

Енергийното състояние на системата преди и след разпада се изобразява с хоризонтални линии. Алфа-частицата е представена със стрелка (удебелена или двойна), слизаща отдясно наляво. Стрелката показва енергията на излъчените алфа частици.

Трябва да се има предвид, че този, показан на фиг. Схемата 4.1 е най-простият случай, когато алфа-частиците, излъчвани от ядрото, имат една специфична енергия. Обикновено алфа спектърът има фина структура, т.е. Ядрата на един и същи нуклид излъчват алфа-частици с достатъчно близки, но все пак различни по големина енергии. Установено е, че ако алфа преходът се извърши във възбудено състояние на дъщерното ядро, тогава енергията на алфа частиците ще бъде съответно по-малка от енергията, присъща на прехода между основните състояния на началното и дъщерното ядро на радионуклиди. И ако има няколко такива възбудени състояния, тогава ще има няколко възможни алфа преходи. В този случай се образуват дъщерни ядра с различни енергии, които при преминаване в основно или по-стабилно състояние излъчват гама кванти.

Познавайки енергията на всички алфа частици и гама кванти, е възможно да се построи диаграма на енергийния разпад.

Пример. Изградете схема на разпадане според следните данни:

Енергията на α-частиците е: 4,46; 4,48; 4,61; и 4,68 MeV,

енергия на γ-квантите - 0,07; 0,13; 0,20; и 0,22 MeV.

Общата енергия на разпада е 4,68 MeV.

Решение. Начертаваме четири стрелки от енергийното ниво на изходното ядро, всяка от които обозначава излъчването на α-частици с определена енергия. Изчислявайки разликите между енергиите на отделните групи α-частици и сравнявайки тези разлики с енергиите на γ-квантите, намираме кои преходи отговарят на излъчването на γ-кванти от всяка енергия

4,48 - 4,46 = 0,02 MeV няма съответни γ-кванти

4,61 - 4,46 = 0,15 MeV

4,61 - 4,48 = 0,13 MeV енергии отговарят на енергиите

4,68 - 4,46 = 0,22 MeV γ-кванти, излъчени по време на разпада

4,68 - 4,48 = 0,20 MeV 230 Th

4,68 - 4,61 = 0,07 MeV

Ориз. 4.2 - Схема на разпадането на 230 Th.

В същото време е възможен и вторият случай, когато алфа преходът се извършва от възбуденото състояние на родителското ядро ​​към основното състояние на детето. Тези случаи обикновено се квалифицират като поява на далечни алфа-частици, възможностите за излъчване произтичат от възбудени ядра, образувани в резултат на комплексен β-разпад. Така, като пример, Фигура 4.3 показва диаграма на излъчването на α-частици с далечни разстояния от ядрото на полоний-212, което се образува в резултат на β-разпадането на ядрото на бисмут-212. Вижда се, че в зависимост от естеството на β-прехода, ядрото на полоний-212 може да се образува в основно и възбудено състояние. Алфа-частиците, излъчвани от възбудените състояния на ядрото на полоний-212, са с дълъг обсег. Трябва обаче да се има предвид, че за алфа-активните ядра, които са възникнали по този начин, преходът от възбудено състояние е по-вероятен чрез излъчване на γ-квант, а не на алфа-частица с дълъг обсег. Следователно алфа-частиците с далечни разстояния са много редки.

Освен това учените са установили много важен модел: кога малъкувеличаване на енергията на а-частиците, периодът на полуразпад се променя с няколко поръчки. Така че на 232 Th T a = 4,08 MeV, T 1/2 \u003d 1,41 × 10 10 години, а за 230 Th - T a = 4,76 MeV, T 1/2 = 1,7∙10 4 години.

Ориз. 4.3. Схема на последователно разпадане: 212 Bi - 212 Po - 208 Pb

Вижда се, че намаляването на енергията на алфа частиците с около 0,7 MeV е придружено от увеличаване на периода на полуразпад с 6 порядъка. В T α < 2 МэВ период полураспада становится настолько большим, что экспериментально обнаружить альфа-активность практически невозможно. Разброс в значениях периодов полураспада, характерных для альфа-распада, весьма велик:

10 16 години ≥ T 1/2 ≥ 10 -7 сек,

и в същото време има много тесен диапазон от енергии на алфа-частиците, излъчвани от радиоактивни ядра:

2 MeV ≤ Tα ≤ 9 MeV.

Връзката между периода на полуразпад и енергията на алфа частица е експериментално установена от Гайгер и Нъттал през 1911-1912 г. Те показаха, че зависимостта lg T 1/2 от lg Tα е добре апроксимирано с права линия:

. (4.7)

Този закон важи добре за четно-четни ядра. Докато за нечетно-нечетните ядра има много значително отклонение от закона.

Силната зависимост на вероятността за алфа разпад, а оттам и на полуразпада, от енергията е обяснена от G. Gamow и E. Condon през 1928 г. с помощта на теорията за едночастичен модел на ядрото. Този модел предполага, че алфа частицата съществува постоянно в ядрото, т.е. родителското ядро ​​се състои от дете ядро ​​и алфа частица. Предполага се, че алфа частицата се движи в сферична област с радиус Р (Ре радиусът на ядрото) и се задържа в ядрото от кулонови ядрени сили с малък обсег. На разстояния r по-големи от радиуса на дъщерното ядро Р, действат кулоновите отблъскващи сили.

На фиг. 4.4 показва зависимостта на потенциалната енергия между алфа-частицата и ядрото на отката от разстоянието между центровете им.

Абсцисата показва разстоянието между дъщерното ядро ​​и алфа частицата, а ординатата показва енергията на системата. Кулоновият потенциал е отрязан от разстояние Р, което е приблизително равно на радиуса на детското ядро. Височината на кулоновата бариера B, която алфа-частицата трябва да преодолее, за да напусне ядрото, се определя от съотношението:

където Зи zса зарядите на дъщерното ядро ​​и съответно на алфа частицата.

Ориз. 4.4. Промяна в потенциалната енергия на системата с разстоянието между детското ядро ​​и алфа частицата.

Стойността на потенциалната бариера значително надвишава енергията на алфа частиците, излъчвани от радиоактивните ядра, а според законите на класическата механика алфа частица не може да напусне ядрото. Но за елементарните частици, чието поведение се описва от законите на квантовата механика, е възможно тези частици да преминат през потенциална бариера, която се нарича тунелен преход.

В съответствие с теорията за алфа разпада, чиито начала са положени от G. Gamow и E. Condon, състоянието на частица се описва с вълновата функция ψ, която според условията на нормализиране е различна от нула при всяка точка в пространството и по този начин има ограничена вероятност за откриване на алфа частица както вътре в бариерата, така и извън нея. Тоест е възможен процесът на така нареченото тунелиране на алфа частица през потенциална бариера.

Доказано е, че пропускливостта на бариерата е функция на атомния номер, атомната маса, радиуса на ядра и характеристиките на потенциалната бариера.

Установено е, че алфа преходите на четно-четни ядра от основното ниво на родителските нуклиди към основното ниво на дъщерните нуклиди се характеризират с най-малки стойности на полуживота. За четно-четно, четно-нечетно и нечетно-нечетно ядра общата тенденция продължава, но техният полуживот е 2-1000 пъти по-дълъг, отколкото за четно-четни ядра с даден Z и Tα. Полезно е да се запомни: енергията на алфа-частиците, излъчвани от радионуклиди, със същото масово число, се увеличава с увеличаване на ядрения заряд.

Времето на полуразпад на известните α-радиоактивни ядра варира в широки граници. Така волфрамовият изотоп от 182 W има период на полуразпад T 1/2 > 8,3·10 18 години, а протактиниевият изотоп 219 Pa има T 1/2 = 5,3·10 -8 s.

Ориз. 2.1. Зависимост на периода на полуразпад на радиоактивен елемент от кинетичната енергия на α-частица от естествен радиоактивен елемент. Пунктираната линия е законът на Гайгер-Натал.

За четно-четни изотопи, зависимостта на полуживота от енергията на α-разпад Q α описани от емпирични Закон на Гайгер-Нетол

където Z е зарядът на крайното ядро, времето на полуразпад T 1/2 се изразява в секунди, а енергията на α-частицата E α е в MeV. На фиг. 2.1 показва експерименталните стойности на времето на полуразпад за α-радиоактивни четно-четни изотопи (Z варира от 74 до 106) и тяхното описание с помощта на съотношение (2.3).
За нечетно-четно, четно-нечетно и нечетно-нечетно ядра, общата тенденция на зависимост
lg T 1/2 от Q α се запазва, но периодът на полуразпад е 2–100 пъти по-дълъг, отколкото за четно-четни ядра със същите Z и Q α .
За да настъпи α-разпад, е необходимо масата на изходното ядро ​​M(A,Z) да бъде по-голяма от сумата от масите на крайното ядро ​​M(A-4, Z-2) и α -частица M α:

където Q α = c 2 е енергията на α-разпада.
Тъй като M α<< M(A-4, Z-2), по-голямата част от енергията на α-разпада се отнася от α ‑ частица и само ≈ 2% - крайно ядро ​​(A-4, Z-2).
Енергийните спектри на α-частиците на много радиоактивни елементи се състоят от няколко линии (фината структура на α-спектрите). Причината за появата на фината структура на α-спектъра е разпадането на изходното ядро ​​(A, Z) във възбудено състояние на ядрото (A-4, Z-2). Чрез измерване на спектрите на α-частиците може да се получи информация за природата на възбудените състояния
ядра (A-4, Z-2).
За определяне на диапазона от стойности на A и Z ядрата, за които α-разпадът е енергийно възможен, се използват експериментални данни за енергийните връзки на ядрата. Зависимостта на енергията на α-разпада Q α от масовото число A е показана на фиг. 2.2.
От фиг. Фигура 2.2 показва, че α-разпадът става енергийно възможен, започвайки от A ≈ 140. В областите A = 140–150 и A ≈ 210 Q α има отчетливи максимуми, които се дължат на структурата на черупката на ядрото. Максимумът при A = 140–150 е свързан с запълването на неутронната обвивка с магическо число N =A – Z = 82, а максимумът при A ≈ 210 е свързан с запълването на протонната обвивка при Z = 82. Поради структурата на обвивката на атомното ядро ​​първата (редкоземна) област на α-активните ядра започва с N = 82, а тежките α-радиоактивни ядра стават особено многобройни, като се започне от Z = 82.

Ориз. 2.2. Зависимост на енергията на α-разпада от масовото число A.

Широкият диапазон от периоди на полуразпад, както и големите стойности на тези периоди за много α-радиоактивни ядра, се обясняват с факта, че α-частицата не може „мигновено“ да напусне ядрото, въпреки факта, че това е енергийно благоприятен. За да напусне ядрото, α-частицата трябва да преодолее потенциалната бариера - областта на границата на ядрото, образувана поради потенциалната енергия на електростатичното отблъскване на α-частицата и крайното ядро ​​и силите на привличане между нуклони. От гледна точка на класическата физика, α-частицата не може да преодолее потенциалната бариера, тъй като няма необходимата за това кинетична енергия. Квантовата механика обаче допуска такава възможност - α ‑ частицата има определена вероятност да премине през потенциалната бариера и да напусне ядрото. Това квантово механично явление се нарича "тунелен ефект" или "тунелиране". Колкото по-голяма е височината и ширината на бариерата, толкова по-малка е вероятността от тунелиране и съответно полуживотът е по-дълъг. Голям диапазон от периоди на полуразпад
α-емитери се обяснява с различна комбинация от кинетични енергии на α-частици и височини на потенциалните бариери. Ако бариерата не съществуваше, тогава α-частицата щеше да напусне ядрото за характерното ядрено
време ≈ 10 -21 - 10 -23 s.
Най-простият модел на α-разпад е предложен през 1928 г. от G. Gamow и независимо от G. Gurney и E. Condon. В този модел се предполагаше, че алфа частицата съществува постоянно в ядрото. Докато α-частицата е в ядрото, ядрените сили на привличане действат върху нея. Радиусът на тяхното действие е сравним с радиуса на ядрото R. Дълбочината на ядрения потенциал е V 0 . Извън ядрената повърхност за r > R потенциалът е кулоновият отблъскващ потенциал

V(r) = 2Ze 2 /r.

Ориз. 2.3. Енергия на α-частици E α в зависимост от броя на неутроните N
в оригиналното ядро. Линиите свързват изотопи на един и същи химичен елемент.

Опростена диаграма на съвместното действие на привлекателния ядрен потенциал и отблъскващия кулонов потенциал е показана на фигура 2.4. За да излезе извън ядрото, α-частица с енергия E α трябва да премине през потенциална бариера, затворена в областта от R до R c . Вероятността за α-разпад се определя главно от вероятността D за преминаване на α-частица през потенциалната бариера

В рамките на този модел беше възможно да се обясни силната зависимост на вероятността α ‑ разпадане от енергията на α-частицата.

Ориз. 2.4. Потенциална енергия на α-частица. потенциална бариера.

За да се изчисли константата на разпад λ, е необходимо да се умножи коефициентът на преминаване на α-частица през потенциална бариера, първо, по вероятността w α, че α-частицата се е образувала в ядрото, и, второ, от вероятността тя да бъде на ръба на ядрото. Ако α-частица в ядро ​​с радиус R има скорост v, тогава тя ще се приближи до границата средно ≈ v/2R пъти в секунда. В резултат за константата на разпадане λ получаваме съотношението

(2.6)

Скоростта на α-частица в ядрото може да бъде оценена въз основа на нейната кинетична енергия E α + V 0 вътре в ядрената потенциална ямка, което дава v ≈ (0,1-0,2) s. От това вече следва, че при наличието на α-частица в ядрото, вероятността за преминаването й през бариерата D<10 -14 (для самых короткоживущих относительно α‑распада тяжелых ядер).
Грапавостта на оценката на предекспоненциалния фактор не е много значителна, тъй като константата на разпада зависи от него несравнимо по-слабо, отколкото от експонента.
От формула (2.6) следва, че времето на полуразпад силно зависи от ядрения радиус R, тъй като радиусът R е включен не само в предекспоненциалния фактор, но и в експонента, като граница на интегриране. Следователно е възможно да се определят радиусите на атомните ядра от данните за α-разпада. Получените по този начин радиуси се оказват с 20–30% по-големи от тези, открити при експерименти за разсейване на електрони. Тази разлика се дължи на факта, че при експерименти с бързи електрони се измерва радиусът на разпределение на електрическия заряд в ядрото, а при α-разпада се измерва разстоянието между ядрото и α-частицата, при което ядрените сили престанат да действат.
Наличието на константа на Планк в експонента (2.6) обяснява силната зависимост на периода на полуразпад от енергията. Дори малка промяна в енергията води до значителна промяна в експонента и по този начин до много рязка промяна в периода на полуразпад. Следователно енергиите на излъчените α-частици са много ограничени. За тежки ядра α-частици с енергия над 9 MeV излитат почти мигновено, а с енергия под 4 MeV те живеят в ядрото толкова дълго, че α-разпадът дори не може да бъде регистриран. За редкоземни α-радиоактивни ядра и двете енергии намаляват поради намаляване на радиуса на ядрото и височината на потенциалната бариера.
На фиг. Фигура 2.5 показва зависимостта на енергията на α-разпада на Hf изотопи (Z = 72) от масовото число A в диапазона на масовите числа A = 156–185. Таблица 2.1 изброява енергиите на α-разпад, периодите на полуразпад и основните канали на разпад за 156–185 Hf изотопи. Вижда се как с увеличаване на масовото число A енергията на α-разпад намалява, което води до намаляване на вероятността за α-разпад и увеличаване на вероятността за β-разпад (Таблица 2.1). Изотопът 174 Hf, тъй като е стабилен изотоп (в естествена смес от изотопи, той е 0,16%), въпреки това се разпада с период на полуразпад T 1/2 = 2 10 15 години с излъчване на α-частица.

Ориз. 2.5. Зависимост на енергията на α-разпада Q α на изотопи Hf (Z = 72)
от масовото число А.

Таблица 2.1

Зависимост на енергията на α-разпада Q α , полуразпад T 1/2 ,
различни режими на разпад на изотопи H f (Z = 72) върху масовото число А

З	н	А	Qα	T 1/2	Режими на затихване (%)
72	84	156	6.0350	23 мс	а(100)
72	85	157	5.8850	110 ms	α (86), e (14)
72	86	158	5.4050	2,85 с	α (44.3), e (55.7)
72	87	159	5.2250	5,6 с	α (35), e (65)
72	88	160	4.9020	13,6 с	α (0,7), e (99,3)
72	89	161	4.6980	18,2 с	α (<0.13), е (>99.87)
72	90	162	4.4160	39,4 с	α (<8·10 -3), е (99.99)
72	91	163	4.1280	40,0 с	α (<1·10 -4), е (100)
72	92	164	3.9240	111 с	д (100)
72	93	165	3.7790	76 с	д (100)
72	94	166	3.5460	6,77 мин	д (100)
72	95	167	3.4090	2,05 мин	д (100)
72	96	168	3.2380	25,95 мин	д (100)
72	97	169	3.1450	3,24 мин	д (100)
72	98	170	2.9130	16.01 ч	д (100)
72	99	171	2.7390	12,1 ч	д (100)
72	100	172	2.7470	1,87 ч	д (100)
72	101	173	2.5350	23,4 ч	д (100)
72	102	174	2.4960	2 10 15 л	д (100)
72	103	175	2.4041	70 дни	д (100)
72	104	176	2.2580	мъниче
72	105	177	2.2423	мъниче
72	106	178	2.0797	мъниче
72	107	179	1.8040	мъниче
72	108	180	1.2806	мъниче
72	109	181	1.1530	42,39 дни	β - (100)
72	110	182	1.2140	8,9 10 6 л	β - (100)
72	111	183	0.6850	1,07 ч	β - (100)
72	112	184	0.4750	4,12 ч	β - (100)
72	113	185	0.0150	3,5 мин	β - (100)

Hf изотопи с A = 176–180 са стабилни изотопи. Тези изотопи също имат положителна енергия на α-разпад. Въпреки това, енергията на α-разпад от ~1,3–2,2 MeV е твърде ниска и α-разпадът на тези изотопи не е открит, въпреки ненулевата вероятност за α-разпад. С по-нататъшно увеличаване на масовото число A > 180, β - разпадът става доминиращ канал на разпад.
При радиоактивни разпада крайното ядро ​​може да бъде не само в основно състояние, но и в едно от възбудените състояния. Въпреки това, силната зависимост на вероятността за α-разпад от енергията на α-частицата води до факта, че разпадането на възбудени нива на крайното ядро ​​обикновено протича с много нисък интензитет, тъй като енергията на α-частицата намалява, когато крайното ядро ​​е възбудено. Следователно, експериментално могат да се наблюдават само разпадане на ротационни нива с относително ниски енергии на възбуждане. Разпадането на възбудени нива на крайното ядро ​​води до появата на фина структура в енергийния спектър на излъчените α-частици.
Основният фактор, определящ свойствата на α-разпада, е преминаването на α-частици през потенциална бариера. Други фактори са относително слаби, но в някои случаи позволяват да се получи допълнителна информация за структурата на ядрото и механизма на α-разпад на ядрото. Един от тези фактори е появата на квантово механична центробежна бариера. Ако α-частица излети от ядро ​​(A,Z) със спин J i и в този случай се образува крайно ядро
(A-4, Z-2) в състояние със спин J f , тогава α-частицата трябва да отнесе общия момент J, определен от съотношението

Тъй като α-частицата има нулев спин, нейният общ импулс J съвпада с орбиталния ъглов импулс на импулса l, отнесен от α-частицата

Резултатът е квантово-механична центробежна бариера.

Промяната във формата на потенциалната бариера поради центробежната енергия е незначителна, главно поради факта, че центробежната енергия намалява с разстояние много по-бързо от кулоновата (като 1/r 2, а не като 1/r). Въпреки това, тъй като тази промяна се дели на константата на Планк и попада в експонента, то при големи l това води до промяна в живота на ядрото.
Таблица 2.2 показва изчислената пропускливост на центробежната бариера B l за α-частици, излъчени с орбитален импулс l спрямо пропускливостта на центробежната бариера B 0 за α-частици, излъчвани с орбитален импулс l = 0 за ядро ​​с Z = 90, енергията на α-частицата E α = 4,5 MeV. Вижда се, че с увеличаване на орбиталния импулс l, отнесен от α-частицата, пропускливостта на квантово-механичната центробежна бариера рязко спада.

Таблица 2.2

Относителна пропускливост на центробежната бариера заα -частици,
излитащ с орбитален импулс l
(Z = 90, E α = 4,5 MeV)

По-значим фактор, способен да преразпредели рязко вероятностите за различни клонове на α-разпад, може да бъде необходимостта от значително пренареждане на вътрешната структура на ядрото по време на излъчването на α-частица. Ако първоначалното ядро ​​е сферично и основното състояние на крайното ядро ​​е силно деформирано, тогава, за да се развие в основното състояние на крайното ядро, първоначалното ядро, в процеса на излъчване на α-частица, трябва да се пренареди , променяйки значително формата си. Такава промяна във формата на ядрото обикновено включва голям брой нуклони и такава система от няколко нуклона като α ‑ една частица, напускаща ядрото, може да не е в състояние да го осигури. Това означава, че вероятността за образуване на крайното ядро ​​в основно състояние ще бъде незначителна. Ако сред възбудените състояния на крайното ядро ​​​​има състояние, близко до сферично, тогава първоначалното ядро ​​може да премине в него без значително пренареждане в резултат на α ‑ разпад Вероятността за заселване на такова ниво може да се окаже висока, значително надвишаваща вероятността за заселване на по-ниско разположени състояния, включително основното състояние.
От диаграмите на α-разпад на изотопите 253 Es, 225 Ac, 225 Th, 226 Ra се виждат силни зависимости на вероятността за α-разпад във възбудени състояния от енергията на α-частицата и от орбиталния импулс l отнесени от α-частицата.
α-разпад може да възникне и от възбудени състояния на атомни ядра. Като пример, таблици 2.3 и 2.4 показват режимите на разпадане на основните и изомерните състояния на изотопите 151 Ho и 149 Tb.

Таблица 2.3

α-разпади на основни и изомерни състояния на 151 Ho

Таблица 2.4

α-разпади на основни и изомерни състояния на 149 Tb

На фиг. 2.6 показва енергийните диаграми на разпада на основното и изомерните състояния на изотопите 149 Tb и 151 Ho.

Ориз. 2.6 Диаграми на енергийния разпад за основни и изомерни състояния на изотопи 149 Tb и 151 Ho.

α-разпадането от изомерното състояние на изотопа 151 Ho (J P = (1/2) + , E изомер = 40 keV) е по-вероятно (80%), отколкото е-улавянето до това изомерно състояние. В същото време основното състояние на 151 Ho се разпада предимно в резултат на електронно улавяне (78%).
В изотопа 149 Tb разпадането на изомерното състояние (J P = (11/2) - , E изомер = 35,8 keV) се случва предимно в резултат на e-capture. Наблюдаваните особености на разпадането на основното и изомерните състояния се обясняват с енергията на α-разпадането и e-улавянето и орбиталния импулс, пренесен от α-частицата или неутриното.

Ядрата на повечето атоми са доста стабилни образувания. Въпреки това, ядрата на атомите на радиоактивните вещества в процеса на радиоактивен разпад спонтанно се трансформират в ядрата на атомите на други вещества. Така през 1903 г. Ръдърфорд открива, че радий, поставен в съд, след известно време се превръща в радон. И в съда се появи допълнителен хелий: (88^226)Ra→(86^222)Rn+(2^4)He. За да разберете значението на писмения израз, изучете темата за масата и зарядното число на атомното ядро.

Беше възможно да се установи, че основните видове радиоактивен разпад: алфа и бета разпад се случват съгласно следното правило за смяна:

Алфа разпад

При алфа разпадсе излъчва α-частица (ядрото на хелиев атом). От вещество с броя на протоните Z и неутроните N в атомното ядро, то се превръща в вещество с броя на протоните Z-2 и броя на неутроните N-2 и съответно атомната маса A-4: ( Z ^ A) X → (Z-2 ^ (A-4))Y +(2^4)He. Тоест полученият елемент се измества с две клетки обратно в периодичната система.

Пример за α-разпад:(92^238)U→(90^234)Th+(2^4)He.

Алфа разпадът е вътрешноядрен процес. В състава на тежко ядро, поради сложната комбинация от ядрени и електростатични сили, се образува независима α-частица, която се изтласква от кулоновите сили много по-активно от останалите нуклони. При определени условия той може да преодолее силите на ядреното взаимодействие и да излети от ядрото.

бета разпад

В бета разпадсе излъчва електрон (β-частица). В резултат на разпадането на един неутрон в протон, електрон и антинеутрино, съставът на ядрото се увеличава с един протон и електронът и антинеутриното се излъчват навън: (Z^A)X→(Z+1^ A)Y+(-1^0)e+(0 ^0)v. Съответно полученият елемент се измества напред в периодичната таблица с една клетка.

Пример за β-разпад:(19^40)K→(20^40)Ca+(-1^0)e+(0^0)v.

Бета разпад е интрануклонен процес. Трансформацията се подлага на неутрон. Има и бета плюс разпадили позитрон бета разпад. При позитронния разпад ядрото излъчва позитрон и неутрино и елементът се движи с една клетка назад в периодичната таблица. Бета-разпадът на позитрон обикновено е придружен от улавяне на електрони.

Гама разпад

Освен алфа и бета разпад има и гама разпад. Гама разпадът е излъчване на гама кванти от ядрата във възбудено състояние, в което те имат голяма енергия в сравнение с невъзбуденото състояние. Ядрата могат да влязат във възбудено състояние по време на ядрени реакции или по време на радиоактивни разпада на други ядра. Повечето от възбудените състояния на ядрата имат много кратък живот - по-малко от наносекунда.

Има и разпад с излъчване на неутрон, протон, клъстерна радиоактивност и някои други, много редки видове разпад. Но преобладаващо

2.3 Моделиα - иβ - разпад

ДейностАнуклидв радиоактивен източник, броят на разпадите, които се случват с ядрата на пробата за 1 s, се нарича:

Единица за дейност — бекерел (Bq): 1Bq е активността на нуклида, при която се случва едно събитие на разпад за 1 s.Извънсистемна единица на дейностнуклид в радиоактивен източниккюри (Ку): 1 Ku=3,7 1010 Bq.

Алфа разпад. Алфа разпадът е спонтанна трансформация на атомно ядро ​​с броя на протоните Z и неутроните N в друго (дъщерно) ядро, съдържащо броя на протоните Z - 2 и неутроните N - 2. В този случай се излъчва α-частица - ядрото на хелиевия атом. Пример за такъв процес е α-разпадът на радия:

Алфа-частиците, излъчвани от ядрата на радиевите атоми, са използвани от Ръдърфорд в експерименти за разсейване от ядрата на тежките елементи. Скоростта на α-частиците, излъчвани по време на α-разпадането на радиевите ядра, измерена чрез кривината на траекторията в магнитно поле, е приблизително равна на 1,5 107 m/s, а съответната кинетична енергия е около 7,5 10–13 J (приблизително 4,8 MeV). Тази стойност може лесно да се определи от известните стойности на масите на родителското и дъщерното ядро ​​и ядрото на хелия. Въпреки че скоростта на изхвърлената α-частица е огромна, тя все още е само 5% от скоростта на светлината, така че изчислението може да използва нерелативистичен израз за кинетичната енергия.

Проучванията показват, че радиоактивното вещество може да излъчва α-частици с няколко дискретни енергийни стойности. Това се обяснява с факта, че ядрата могат да бъдат, подобно на атомите, в различни възбудени състояния. Дъщерното ядро ​​може да бъде в едно от тези възбудени състояния по време на α-разпад. При последващия преход на това ядро ​​в основно състояние се излъчва γ-квант. Схемата на α-разпад на радий с излъчване на α-частици с две стойности на кинетичните енергии е показана на фигура 2.4.

Фигура 2.4 - Енергийна диаграма на α-разпад на радиеви ядра. Показано е възбуденото състояние на радоновото ядроПреходът от възбудено състояние на радоновото ядро ​​в основно състояние е придружен от излъчване на γ-квант с енергия 0,186 MeV

По този начин α-разпадът на ядрата в много случаи е придружен от γ-лъчение.

В теорията на α-разпада се приема, че групи, състоящи се от два протона и два неутрона, т.е. α-частица, могат да се образуват вътре в ядрата. Родителското ядро ​​е потенциална ямка за α-частици, която е ограничена от потенциална бариера. Енергията на α-частицата в ядрото е недостатъчна за преодоляване на тази бариера (Фигура 2.5). Излизането на α-частица от ядрото е възможно само поради квантово-механично явление, наречено тунелен ефект. Според квантовата механика има ненулева вероятност частица да премине под потенциална бариера. Явлението тунелиране има вероятностен характер.

бета разпад. При бета разпад от ядрото се излъчва електрон. Електроните не могат да съществуват вътре в ядрата (виж § 1.2), те възникват по време на β-разпад в резултат на трансформацията на неутрон в протон. Този процес може да се случи не само вътре в ядрото, но и със свободни неутрони. Средният живот на свободен неутрон е около 15 минути. Когато неутронът се разпаднесе превръща в протони електрон

Измерванията показаха, че в този процес има очевидно нарушение на закона за запазване на енергията, тъй като общата енергия на протона и електрона, произтичащи от разпада на неутрона, е по-малка от енергията на неутрона. През 1931 г. В. Паули предполага, че при разпадането на неутрон се отделя друга частица с нулева маса и заряд, която отнема част от енергията. Новата частица е нареченанеутрино(малък неутрон). Поради липсата на заряд и маса в неутрино, тази частица взаимодейства много слабо с атомите на материята, така че е изключително трудно да се открие в експеримент. Йонизиращата способност на неутрино е толкова малка, че един акт на йонизация във въздуха пада на приблизително 500 km от пътя. Тази частица е открита едва през 1953 г. В момента е известно, че има няколко разновидности на неутрино. В процеса на разпад на неутрона се образува частица, която се нарича електрон.антинеутрино. Той е маркиран със символаСледователно, реакцията на разпад на неутрони се записва като

Подобен процес се случва и вътре в ядрата по време на β-разпад. Електрон, образуван в резултат на разпадането на един от ядрените неутрони, незабавно се изхвърля от „родителската къща“ (ядрото) с огромна скорост, която може да се различава от скоростта на светлината само с част от процента. Тъй като разпределението на енергията, освободена по време на β-разпад между електрон, неутрино и дъщерно ядро, е произволно, β-електроните могат да имат различни скорости в широк диапазон от стойности.

По време на β-разпад зарядното число Z се увеличава с едно, докато масовото число A остава непроменено. Дъщерното ядро ​​се оказва ядрото на един от изотопите на елемента, чийто пореден номер в периодичната таблица е с един по-висок от серийния номер на оригиналното ядро. Типичен пример за β-разпад е трансформацията на ториев изотонпроизтичащи от α-разпадането на уранакъм паладий

Заедно с електронния β-разпад, т. нар. позитрон β+ разпад, при който от ядрото се излъчва позитрони неутрино. Позитронът е двойна частица от електрон, която се различава от него само по знака на заряда. Съществуването на позитрона е предсказано от изключителния физик П. Дирак през 1928 г. Няколко години по-късно позитронът е открит в състава на космическите лъчи. Позитроните възникват в резултат на реакцията на трансформация на протон в неутрон по следната схема:

Гама разпад. За разлика от α- и β-радиоактивността, γ-радиоактивността на ядрата не е свързана с промяна във вътрешната структура на ядрото и не е придружена от промяна в заряда или масовите числа. И при α-, и при β-разпад дъщерното ядро ​​може да бъде в някакво възбудено състояние и да има излишък от енергия. Преходът на ядрото от възбудено състояние в основно състояние е придружен от излъчване на един или няколко γ-кванта, чиято енергия може да достигне няколко MeV.