Начиная свой путь с легких ядер, мы обнаружим глубокую «долину», тянущуюся по диагонали от нижнего левого угла карты вверх вправо. На дне этой впадины оказываются ядра с равными числами протонов и нейтронов: 4Не, 6Li, 8Ве, 10В, 12С, 14N, 16О и т. д. По сложным причинам ядерные силы придают этим ядрам особенно сильную связь, и, следовательно, энергия, приходящаяся на частицу, в этих ядрах особенно низкая. Ядра, лежащие на более богатом нейтронами склоне долины, характеризуются более высокой энергией, чем ядра с одинаковым числом протонов и нейтронов; поэтому превращение нейтрона в протон сопровождается выделением энергии. Если выделяемой энергии достаточно для рождения электрона, что обеспечивает сохранение заряда, то в ядре возможны энергетические переходы и ядре становится бета-радиоактивным. Например, хорошо известный изотоп 14С (содержащий восемь нейтронов и шесть протонов), который создается в земной атмосфере под воздействием космических лучей, относится к числу ядер с избытком нейтронов и поэтому испускает электрон, вновь превращаясь в наиболее распространенный изотоп азота 14N (семь нейтронов и семь протонов). Свободный нейтрон также претерпевает бета-распад (с периодом полураспада около 15 мин), превращаясь при этом в протон, однако этот процесс не удавалось наблюдать до 1948 г. Ядра, расположенные по другую сторону долины устойчивости (на склоне, богатом протонами), также подвержены некоему виду бета-распада, но к ним мы вернемся в гл. 5.
Следуя вдоль долины устойчивости по направлению к более тяжелым ядрам, мы обнаружим, что она постепенно углубляется. Это объясняется тем, что притяжение между ядерными частицами, обусловленное ядерными силами, возрастает с увеличением числа протонов и нейтронов в ядре. В результате при слиянии ядер легких элементов в более тяжелые ядра выделяется энергия. Именно эти реакции синтеза легких ядер и служат источником энергии звезд типа Солнца. Далее, в ядрах с числом протонов более 20 в действие вступает новый фактор. В легких ядрах силы электростатического отталкивания между протонами много слабее мощных ядерных сил, действующих между нейтронами и протонами, но с увеличением числа протонов в ядре силы электростатического отталкивания растут гораздо быстрее, чем ядерные силы, и поэтому при числе протонов более 20 они начинают играть весьма заметную роль. Это обстоятельство сказывается двояко. Во-первых, дно долины устойчивости начинает снова подниматься, во-вторых, сама долина смещается в область с избытком нейтронов, поскольку именно общий заряд протонов обусловливает увеличение ядерной энергии. Хотя дно долины устойчивости и поднимается вверх, подъем происходит плавно, и у элементов со средними значениями атомных весов энергия возрастает не настолько, чтобы при изменении атомного веса на четыре единицы обеспечить распад более тяжелых ядер на более легкие с испусканием альфа-частицы. В области элементов тяжелее свинца наблюдается более крутой подъем, и здесь энергии оказывается достаточно, чтобы тяжелое ядро могло избавиться от лишнего заряда посредством испускания альфа-частиц. Однако испускание альфа-частиц не ликвидирует избытка нейтронов над протонами, так как альфа-частица содержит тех и других по два. Поэтому, когда тяжелое ядро, испуская альфа-частицу, превращается в более легкое, образовавшееся ядро будет иметь избыток нейтронов, что свойственно более тяжелым ядрам. По мере увеличения атомного веса долина устойчивости монотонно смещается в область ядер со все большим избытком нейтронов. Поэтому при альфа-распаде, как правило, образуются ядра с большим избытком нейтронов. В конце концов, после достаточного числа альфа-распадов (иногда всего одного) образовавшиеся ядра оказываются настолько далеко от дна долины устойчивости, что у них достаточно энергии для образования электрона — тогда происходит бета-распад, в результате которого ядро вновь смещается ко дну долины устойчивости. Общая картина в таком случае рисуется как последовательность альфа-распадов, чередующихся с бета-распадами. Альфа-распады перемещают ядро вдоль долины устойчивости в направлении свинца, вместе с тем поднимая его по склону с избытком нейтронов, а бета-распад возвращает ядро на дно долины устойчивости.
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.