Лекции по курсу общей физики. Квантовая физика. Сабирова Ф.М. - 25 стр.

                                  52                                                                                 25
      β –Распад. Исследования показали, что радиоактивные ядра                                            Z 3 (n, l ) =2(2 l +1)
могут выбрасывать поток электронов. Массовое число при β-распаде           т. к. m принимает 2 l + 1 значений,
не изменяется, а зарядовое число увеличивается на единицу:                        Определим число электронов с определенным l .
                         A      0        A
                         Z X → −1 e + Z +1Y .
                                                                                  Электроны с l =0 называются s-электронами, их максимальное
        Следовательно, новый химический элемент перемещается на            количество равно Z 3 (n,0) = 2(2⋅0+1)=2.
одну клеточку вправо в периодической системе Менделеева. Раз не                   Электроны с l =1 называются р-электронами, их максимальное
изменяется массовое число, следовательно, не должен изменяться             количество равно Z 3 (n,1) =2(2⋅1+1)=6.
суммарный спин всех нуклонов в ядре, но электрон, обладающий спи-
                                                                                  Электроны с l =2 называются d-электронами, их максимальное
ном ± h / 2 , должен изменять спин ядра. Однако при β-распаде не
                                                                           количество равно Z 3 (n,2) =2(2 2+1)=10.
происходит изменения спина ядра. В.Паули предположил, что вместе
с электроном из ядра должна вылететь еще одна частица, получившая          Электроны с l =3 называются f-электронами, их максимальное коли-
название нейтрино (v). Она не имеет заряда и массы покоя, но должна        чество равно Z 3 (n,3) = 2(2⋅3+1)=14 и т.д.
иметь спин, равный спину электрона ± h / 2 . При одновременном выле-              Максимальное число Z (n) электронов, находящихся в состоя-
те из ядра электрона и нейтрино возможно, что их спины ориентирова-        ниях, определяемых значением n главного квантового числа
ны во взаимно противоположных направлениях, поэтому суммарный                                 n −1
спин ядра не изменяется.                                                             Z (n) = 2 Σ (2l + 1) = 2n 2
                                                                                              l=0
        По современным представлениям, существует три разновидно-
                                                                                 Электроны, занимающие совокупность состояний с одинаковым
сти β-распада: электронный (β–-распад); позитронный (β+-распад); К-        значением главного квантового числа n, образуют электронную обо-
захват. Частица, испускаемая при позитронном распаде, называется           лочку. Различают следующие электронные оболочки (или слои): К-
нейтрино (v), а при электронном – антинейтрино ( v~ ).                     слой при n = 1; L-слой при n = 2; M-слой при n = 3; N-слой при n =4 и
        β–-распад протекает по схеме:                              ~
                                              Z X → −1 e + Z +1Y + v .
                                              A      0        A
                                                                           т.д. В каждой квантовой оболочке атома электроны распределяются
        Например, по теории Ферми, в ядре возможны превращения ну-         по подоболочкам, соответствующим определенному значению орби-
клонов, в результате которых появляются электроны и антинейтрино:          тального квантового числа l ; в зависимости от l электрон находится
                   ~                                                       в подгруппе с символами s, p, d, f и т.д.
0 n → −1 e + 1 p + v .
 1     0     1

                                                                            Главное       Электрон-     Число электронов в состояниях      Максималь-
      β+-распад протекает по схеме:         A
                                            Z   X → +10 e + Z −A1Y + v ,    кванто-      ная оболоч-        s       p         d        f    ное число
где +10 e –позитрон. Этот вид распада возможен тогда, когда в ядре         вое число      ка (слой)     ( l =0) ( l =1) ( l =2) ( l =3)    электронов
                                                                                 1            K             2       –         –        –        2
один из протонов превращается в нейтрон. В результате появляется
                                                                                 2            L             2       6         –        –        8
позитрон и нейтрино: 11 p→ −10 e + 01n + v . На протекание этой реакции          3            M             2       6        10        –       18
затрачивается энергия, так как масса нейтрона больше массы протона.              4            N             2       6        10       14       32
        В случае К-захвата (или электронного захвата) возбужденное                                                            В состоянии, опреде-
ядро захватывает электрон К-оболочки атома, при этом один из про-                                                       ляемом главным квантовым
                                                                                                                        1
тонов ядра превращается нейтрон и возникает нейтрино:                                                              s= +
                                                                                                                        числом n = 1, могут нахо-
                                                                                                                        2
                               1 p + −1 e→ 0 n + v .
                               1      0     1
                                                                           n=1           l =0        m=0                диться лишь два s-электрона
В случае К-захвата происходит испускание характеристического рент-                                                 1    с двумя различными ориен-
                                                                                          Рис.10.1.           s= −      тациями               спинов
геновского излучения.                                                                                              2
                                                                                                                        (см.рис.10.1).
                                                                                     Если n = 2, то схема имеет вид, показанный на рис. 10.2.