A neutron lebomlása
A nucleus proton-neutron modellje teljesen kielégíti a fizikusokat, és még mindig a legjobbnak számít. Mindazonáltal első pillantásra kétségeket vet fel. Ha az atommag csak protonokból és neutronokból áll, akkor ismét felmerül a kérdés, hogy a negatív töltésű elektronok a -partikulumok formájában hogyan távozhatnak. És mi van, ha nincsenek elektronok a magban, és a bomlás idején alakulnak ki? Megfelelő megoldást keresünk a védelmi törvények meghozatalára.
Az elektron kialakulása negatív töltés megjelenését jelenti. Az elektromos töltésvédelem törvénye szerint azonban negatív töltés nem képződhet, amíg egyidejűleg pozitív jelenség nem fordul elő. Azonban, sem a pozitív töltésű részecskék bocsátódik ki a mag együtt? -Átlagos így ilyen részecske belül kell maradnia a sejtmagban. Ismeretes, hogy a magon belül egyetlen pozitív töltésű részecske - a proton. Az említettekből következik, hogy amikor egy elektron bocsát ki a magból, proton keletkezik a magban. Hagyjuk át az energiatakarékosság törvényét. A protonnak van egy tömege, és ha létrejön, akkor valahol egy másik helyen a tömegnek el kell tűnnie. Minden magban, a hidrogén-1 kivételével, neutronok vannak. Mivel a töltés lemerül, a neutron megjelenik vagy eltűnik anélkül, hogy megsértette volna az elektromos töltés védelmének törvényét. Következésképpen, amikor egy a-részecskét bocsátunk ki a magon belül, a neutron eltűnik és proton jelenik meg egyidejűleg (4. Más szóval, a neutron átalakul egy protonba, amely egy elektront kibocsát. Nem tartják be az energia megőrzésének törvényét, mivel a neutron némileg nehezebb, mint egy proton. A proton és az elektron együttesen tömege 1,008374 az atomtömegek méretében, és a neutron tömeg 1,008665. Ha egy neutront egy elektron és egy proton alakítanak át, a 0.00029 "eltűnik" tömeg. Valójában a kibocsájtott a-részecskék kinetikus energiájává válik, ami kb. 320 kev.
Ábra. 4. Az a-részecskék sugárzása.
Az ilyen magyarázat kielégítőnek tűnik, ezért összefoglaljuk, a lehető legegyszerűbb szimbólumrendszer használatával. Jelöljük a neutron n, a proton p +. elektron e - és írja be az a-részecskék sugárzásának egyenletét:
Arcképünk csak közvetetten tükrözi, mi történik a magban. A valóságban nem tekinthetünk meg a magba és megnézhetjük, hogy a proton neutrongá alakul, amikor egy feltöltött elektron bocsát ki. Legalábbis ez még mindig lehetetlen. Lehetséges megfigyelni az egyes neutronokat szabad állapotban? Úgymondják, hogy protonokká alakulnak szemünk előtt és gyors elektronokat bocsátanak ki?
1950-ben a fizikusok végre sikerült megkapni a választ. A szabad neutronok időről időre bomlanak és protonokká alakulnak, és ez gyakran nem következik be. Minden olyan időpontban, amikor egy neutron ilyen változáson megy keresztül, egy elektron kibocsátódik.
A neutronok szabad állapotban vannak, amíg a bomlás meg nem történik, és a kérdés, hogy mennyi ideig tart ez az időszak nagyon fontos. Amikor a neutron radioaktív bomlást szenved, lehetetlen mondani. Ez a folyamat véletlen jellegű. Egy neutron létezik, nem szétesik, a másodperc egy milliomodik, másik - öt hete, a harmadik - huszonhét milliárd év. Ugyanakkor ugyanazon típusú nagyszámú részecskék esetében megfelelő pontossággal lehet előrejelezni, ha bizonyos százalékuk szétesik. (Hasonlóképpen, a biztosítási statisztikák nem tudják előre megmondani, hogy egy személy mennyi ideig fog élni, de egy bizonyos korosztály, szakma, lakóhely stb. Nagy csoportja nagy pontossággal tudja megjósolni, hogy mennyi ideig fog meghalni.)
Az az idő, amely alatt egy adott típusú részecskék felét bomlik, rendszerint a részecske felezési ideje. Ezt a kifejezést 1908-ban mutatta be Rutherford. Minden egyes részecskének sajátos felezési ideje van. Például az urán-238 felezési ideje 4,5 × 10 9 év, a tórium-232 sokkal nagyobb - 1,4 × 10 10 év. Ezért az uránt és a tóriumot még mindig jelentős mennyiségben találják a földkéregben, annak ellenére, hogy valamilyen ponton az atomok egy része bomlik. Története során a Föld ötmilliárd összeomlott csak a fele a tartalékok az urán-238, és sokkal kevesebb mint a fele a tartalékok tórium-232.
Egyes radioaktív magok sokkal kevésbé stabilak. Például, ha az urán-238 egy a-részecskét bocsát ki, akkor tórium-234-be fordul. A tórium-234 felezési ideje csak 24 nap, ezért a földkéregben csak ennek az elemnek a nyomai vannak. Nagyon lassan alakul ki az urán-238-ból, és nagyon gyorsan kialakul.
Leromlik, a tórium-234 egy a-részecskét bocsát ki. A tórium magjában a neutron protonvá alakul. A tórium-234 átalakulása olyan sebességgel fordul elő, hogy a felezési idő huszonnégy nap, míg más radioaktív izotópokban a neutronok sokkal lassabban alakulnak át protonokká. Például a kálium-40 1,3 × 10 9 év felezési idejű β-szemcséket bocsát ki. Néhány izotóp egyáltalán nem jelent radioaktív bomlást. Tehát az oxigén-16 atomok magjaiban, amennyire tudjuk, semmi neutron önmagában nem alakul át protonvá, azaz a felezési idő végtelen. Azonban leginkább érdekli a szabad neutron felezési ideje. A szabad neutronokat nem olyan egyéb részecskék veszik körül, amelyek többé-kevésbé stabilakká válnának, felélénkítenék vagy lerövidítenék a felezési idejüket, vagyis egy szabad neutron esetében van egy félrevezetetlen féléletidő. Kiderül, hogy körülbelül tizenkét perc, ezért a neutronok fele milliárdok fordulnak protonokká és elektronokká minden tizenkettedik perc után.
Ossza meg ezt az oldalt