Протонная радиоактивность. РЕАЛЬНАЯ ФИЗИКА. Глоссарий по физике

Протонная радиоактивность - испускание протона при спонтанном распаде ядра. Возможные механизмы: 1) эмиссия запаздывающих протонов (ЗП) возбуждёнными дочерними ядрами, образовавшимися в результате бета-распада ядер

или электронного
захвата (при этом энергия

-распада больше энергии связи протона

в дочернем ядре, рис. 1); 2) протонный распад изомеров, происходящий, если энергия возбуждения изомера превышает

(см. Изомерия ядерная); 3)протонный распад ядра из основного состояния, аналогичный альфа-распаду; 4) пересыщенные протонами ядра, чётные по Z, за счёт спаривания протонов могут оказаться нестабильными относительно испускания двух протонов одновременно.

Рис. 1. Схема распада ядра с испусканием запаздывающего протона; (N, Z)- исходное ядро; (N+l; Z - 1) - промежуточное ядро; (N + 1, Z-2)-ядро, образовавшееся в результате испускания протона;

- энергия протонов; слева - распределение вылетающих протонов по энергии.

1. Излучатели ЗП открыты в ОИЯИ (Дубна) при облучении Ni ускоренным пучком ²⁰Ne (1962) и практически одновременно наблюдались для лёгких ядер (Монреаль). К 1991 открыто более 100 излучателей, самый лёгкий из к-рых ⁹С (период полураспада

= 0,13 с), самый тяжёлый ^l83Hg (

= 8,8 с). Величина T_1/2 лежит в пределах от 8,9·10^-3 с (¹³О) до 70 с (⁹⁴Rh). Она определяется периодом b-распада исходного ядра, т. к. распад протоино-нестабильных состояний промежуточного ядра происходит за времена

с.

Рис. 2. Спектр запаздывающих протонов

= 34%).

= 0,17 с,

Рис. 3. Зависимость силовой функции b⁺-перехода для ¹⁰⁹Те от энергии протона (для перехода к энергии возбуждения к следует добавить

1 МэВ).

Вероятность W_р испускания ЗП достигает десятков % для лёгких элементов и уменьшается с ростом Z.

Исследование излучателей ЗП даёт информацию о свойствах ядер, удалённых от долины стабильности: об энергиях, спинах, изоспинах возбуждённых состояний, о ширинах и плотностях уровней, о характеристиках b-распада с большой энергией, а также о дефектах масс. Для излучателей с Z

25 возможно спектроскопич. изучение уровней промежуточного ядра. Напр., в протонном спектре ³³Аr (рис. 2) (

=0,174 с, W_p = 34%) наиб, интенсивный пик (

= = 3,27 МэВ) обязан распаду возбуждённого состояния (Т = 3/2) ядра ³³С1 - изобарного аналога ³³Аr. Точное измерение вероятности перехода в аналоговое состояние позволяет определить его "чистоту" по изоспину. Это определено для ¹⁷Ne, ²⁹S, ³³Ar, ⁴⁴Ti.

Для более тяжёлых ядер (Z > 25) спектр ЗП описывается соотношением

где f - статистич. фактор b-распада. S_b - силовая функция (ср. квадрат матричного элемента перехода, отнесённый к единичному интервалу энергии возбуждения), Г_р/Г - относит. протонная ширина. Фактор f падает с ростом

а Гр/Г растёт с

в силу увеличения прозрачности ку-лоновского барьера для протонов. Это приводит к "ко-локолообразной" структуре спектра ЗП (рис. 1, слева). Анализ спектров ЗП используют для определения S_b. Для этого эксперим. спектр сравнивают с расчётным в предположении S_b-const (рис. 3). Граничная энергия спектра ЗП определяется разностью масс исходного и конечного ядер. Т. к. существующие теории описания ядерных масс согласуются с экспериментом вблизи области стабильности и расходятся при удалении от неё, то определение энергий распада удалённых ядер ценно для проверки этих моделей.

Полные ширины Г протон-но-нестабильных состояний находят по спектру квантов характеристического рентг. излучения в совпадении с ЗП. При К-захвате электрона ядром в К-оболочке образуется вакансия. Энергия испускаемого рентг. кванта зависит от того, когда произошёл вылет протона: до заполнения электронной вакансии или после. Отношение интенсивностей этих квантов будет определяться отношением времён жизни вакансии

и протонно-нестабильного состояния промежуточного ядра

. Рассчитав

и зная вид рентг. спектра (в совпадениях с ЗП), находят т и, следовательно, полную ширину

. Диапазон измеренных

с.

Рис. 4. Энергетические спектры, содержащие 6 протонных линий, связанных с распадом из основного состояния. Для выделения протонных излучателей использовался сепаратор ядер отдачи на пучке ускорителя тяжёлых ионов (Дармштадт).

Флуктуации интенсивности в спектре ЗП связаны с флуктуациями матричных элементов b-перехода и протонного распада. Для анализа этих флуктуации развита статистич. модель, к-рая позволяет определить плотность уровней промежуточного ядра. Эта информация важна, т. к. относится к области удалённых ядер и к диапазону энергий возбуждения 3-8 МэВ.

2. Протонно-активный изомер ^53mСо (пока единственный), полученный в реакции ⁵⁴Fe(p, 2n), с периодом полураспада

= 247 мс испускает протон с

= = 1.59 МэВ (W_p = 1,5%). Время жизни относительно испускания протона

где Р; - прозрачность барьера для протона с орбитальным мо-ментом l,

- приведённая ширина. При р-распаде ^53mСо происходит изменение волновой функции ядра, что приводит к уменьшению вероятности распада изомера, т. е. к увеличению времени его жизни.

3. Протонный распад из основного состояния возможен для более нейтронно-дефицитных ядер, чем эмиссия ЗП. Из-за эффекта спаривания протонов он оказывается возможным сначала у нечётных ядер. Для регистрации r необходимо условие

где

задаётся конкуренцией со стороны b-распада

0,1-1 с), а

- быстродействием измерит. методики. Интервал

растёт с Z, что делает предпочтительным поиск П. р. в области Z > 50.

Впервые слабая протонная активность с

= 0,83 b 0,05 МэВ и

= (1,4 b 0,8)с наблюдалась при облучении ⁹⁶Ru пучком ³²S (ОИЯИ, 1972). Она была объяснена распадом ¹²¹Рг из основного состояния [реакция ⁹⁶Ru(³²S, r, 6n)¹²¹Pr]. В 1981 С. Хофман (S. Hofmann) и др. (ФРГ) в реакции ⁹⁶Ru (⁵⁸Ni, r, 2n) получили ядра ¹⁵¹Lu. к-рые с периодом

= (85 b 10) мс испускают протоны с

= 1,23 МэВ. Сечение этой реакции в 700 раз больше, т. к. из-за использования пучка ⁵⁸Ni необходимый нейтронный дефицит достигается за счёт испарения только трёх нуклонов. В дальнейшем с помощью пучков ⁵⁸Ni открыто ещё 5 нуклидов, испытывающих распад из основного состояния (рис. 4). Время жизни определяется туннелированием протонов сквозь ку-лоновский и центробежный барьеры. Длина туннели-рования для

1 МэВ составляет примерно 80 Фм.

4. При ещё более значительном нейтронном дефиците для чётных по Z ядер за счёт спаривания протонов теоретически возможен вылет протонной пары (при устойчивости ядра к испусканию одного протона). Пока это явление не обнаружено, однако открыта т. н. бе-та-задержанная двухпротонная радиоактивность трёх излучателей на пучке ³Не: ²²Аl (0,07 с), ²⁶Р (0,02 с), ⁸⁵Са (0,05 с). Эти ядра испытывают т. н. сверхразре-шённый b-распад, после чего происходит последовательное испускание двух протонов.

Литература по протонной радиоактивности

Знаете ли Вы, в чем ложность понятия "физический вакуум"?

Физический вакуум - понятие релятивистской квантовой физики, под ним там понимают низшее (основное) энергетическое состояние квантованного поля, обладающее нулевыми импульсом, моментом импульса и другими квантовыми числами. Физическим вакуумом релятивистские теоретики называют полностью лишённое вещества пространство, заполненное неизмеряемым, а значит, лишь воображаемым полем. Такое состояние по мнению релятивистов не является абсолютной пустотой, но пространством, заполненным некими фантомными (виртуальными) частицами. Релятивистская квантовая теория поля утверждает, что, в согласии с принципом неопределённости Гейзенберга, в физическом вакууме постоянно рождаются и исчезают виртуальные, то есть кажущиеся (кому кажущиеся?), частицы: происходят так называемые нулевые колебания полей. Виртуальные частицы физического вакуума, а следовательно, он сам, по определению не имеют системы отсчета, так как в противном случае нарушался бы принцип относительности Эйнштейна, на котором основывается теория относительности (то есть стала бы возможной абсолютная система измерения с отсчетом от частиц физического вакуума, что в свою очередь однозначно опровергло бы принцип относительности, на котором постороена СТО). Таким образом, физический вакуум и его частицы не есть элементы физического мира, но лишь элементы теории относительности, которые существуют не в реальном мире, но лишь в релятивистских формулах, нарушая при этом принцип причинности (возникают и исчезают беспричинно), принцип объективности (виртуальные частицы можно считать в зависимсоти от желания теоретика либо существующими, либо не существующими), принцип фактической измеримости (не наблюдаемы, не имеют своей ИСО).

Когда тот или иной физик использует понятие "физический вакуум", он либо не понимает абсурдности этого термина, либо лукавит, являясь скрытым или явным приверженцем релятивистской идеологии.

Понять абсурдность этого понятия легче всего обратившись к истокам его возникновения. Рождено оно было Полем Дираком в 1930-х, когда стало ясно, что отрицание эфира в чистом виде, как это делал великий математик, но посредственный физик Анри Пуанкаре, уже нельзя. Слишком много фактов противоречит этому.

Для защиты релятивизма Поль Дирак ввел афизическое и алогичное понятие отрицательной энергии, а затем и существование "моря" двух компенсирующих друг друга энергий в вакууме - положительной и отрицательной, а также "моря" компенсирующих друг друга частиц - виртуальных (то есть кажущихся) электронов и позитронов в вакууме.

Однако такая постановка является внутренне противоречивой (виртуальные частицы ненаблюдаемы и их по произволу можно считать в одном случае отсутствующими, а в другом - присутствующими) и противоречащей релятивизму (то есть отрицанию эфира, так как при наличии таких частиц в вакууме релятивизм уже просто невозможен). Подробнее читайте в FAQ по эфирной физике.