Введение
Графическое представление всех переходов, происходящих в процессе распада радиоактивного вещества Схема распада радиоактивного вещества представляет собой графическое представление всех переходов, происходящих в процессе распада, и их взаимосвязи. Примеры приведены ниже. Полезно представить схему распада как расположенную в системе координат, где вертикальная ось - это энергия, увеличивающаяся снизу вверх, а горизонтальная ось - это число протонов, увеличивающееся слева направо. Стрелки указывают на испускаемые частицы. Для гамма-лучей (вертикальные стрелки) даны гамма-энергии; для бета-распада (скатная стрелка) - максимальная энергия бета.
The decay scheme of a radioactive substance is a graphical presentation of all the transitions occurring in a decay, and of their relationships. Examples are shown below. It is useful to think of the decay scheme as placed in a coordinate system, where the vertical axis is energy, increasing from bottom to top, and the horizontal axis is the proton number, increasing from left to right. The arrows indicate the emitted particles. For the gamma rays (vertical arrows), the gamma energies are given; for the beta decay (oblique arrow), the maximum beta energy.
Примеры
Эти отношения могут быть довольно сложными; здесь показан простой случай: схема распада радиоактивного изотопа кобальта кобальт 60. 60Co распадается путем излучения электрона (бета-распад) с периодом полураспада 5,272 года в возбужденное состояние 60Ni, которое затем очень быстро распадается до основного состояния 60Ni, через два гамма-распада. Все известные схемы распада можно найти в Таблице изотопов. Никель находится справа от кобальта, так как его число протонов (28) на один больше, чем у кобальта (27). При бета-распад, число протонов увеличивается на один. Для распада позитронов и также для распада альфа (см. Ниже), наклонная стрелка будет идти справа налево, так как в этих случаях число протонов уменьшается. Поскольку энергия сохраняется, а выделяемые частицы уносят энергию, стрелки могут идти только вниз (по вертикали или под углом) в схеме распада. Здесь показана несколько более сложная схема: распад нуклида 198Au, который может быть получен путем облучения природного золота в ядерном реакторе. 198Au распадается через бета-распад в одно из двух возбужденных состояний или в основное состояние изотопа ртути 198Hg. На рисунке ртуть находится справа от золота, так как атомный номер золота - 79, а ртути - 80. Возбужденные состояния распадаются через очень короткое время (2,5 и 23 пс, соответственно). 1 пикосекунда равна миллионной миллионной части секунды. В то время как возбужденные ядерные состояния обычно очень недолговечны, распадаясь почти сразу после бета-распада (см. выше), возбужденное состояние изотопа техноция, показанного здесь справа, имеет сравнительно долгую жизнь. Поэтому он называется "метастабильным" (отсюда и "m" в 99mTc). Он распадается до основного состояния через гамма-распад с периодом полураспада 6 часов. Здесь, слева, у нас теперь есть альфа-распад. Это распад элемента Полония, обнаруженного Марией Кюри, с массовым числом 210. Изотоп 210Po является предпоследним членом серии распада урана-радия; он распадается на стабильный изотоп свинца с периодом полураспада 138 дней. Почти во всех случаях распад происходит через излучение альфа-частицы 5.305 МеВ. Только в одном случае из 100000 появляется альфа-частица более низкой энергии; в этом случае распад приводит к возбужденному уровню 206Pb, который затем распадается до основной степени посредством гамма-излучения.
Nickel is to the right of cobalt, since its proton number (28) is higher by one than that of cobalt (27). In beta decay, the proton number increases by one. For a positron decay and also for an alpha decay (see below), the oblique arrow would go from right to left since in these cases, the proton number decreases. Since energy is conserved and since the particles emitted carry away energy, arrows can only go downward (vertically or at an angle) in a decay scheme. A somewhat more complicated scheme is shown here: the decay of the nuclide 198Au which can be produced by irradiating natural gold in a nuclear reactor. 198Au decays via beta decay to one of two excited states or to the ground state of the mercury isotope 198Hg. In the figure, mercury is to the right of gold, since the atomic number of gold is 79, that of mercury is 80. The excited states decay after very short times (2.5 and 23 ps, resp. ; 1 picosecond is a millionth of a millionth of a second) to the ground state. While excited nuclear states are usually very short lived, decaying almost immediately after a beta decay (see above), the excited state of the technetium isotope shown here to the right is comparatively long lived. It is therefore called "metastable" (hence the "m" in 99mTc ). It decays to the ground state via gamma decay with a half life of 6 hours. Here, to the left, we now have an alpha decay. It is the decay of the element Polonium discovered by Marie Curie, with mass number 210. The isotope 210Po is the penultimate member of the uranium radium decay series; it decays into a stable lead isotope with a half life of 138 days. In almost all cases, the decay is via the emission of an alpha particle of 5.305 MeV. Only in one case of 100000, an alpha particle of lower energy appears; in this case, the decay leads to an excited level of 206Pb, which then decays to the ground state via gamma radiation.
Правила отбора
Альфа-бета- и гамма-лучи могут испускаться только при соблюдении законов сохранения (энергии, углового момента, паритета). Это приводит к так называемым правилам отбора. Приложения для гамма-распада можно найти в Многополярность гамма-излучения. Чтобы обсудить такое правило в конкретном случае, необходимо знать угловой момент и паритет для каждого состояния. На рисунке снова показана схема распада 60Co, с указанием спинов и паритетов для каждого состояния.