β-распад

Но всегда ли может быть обеспечено равновесие в ядре? Легко сообразить, что не всегда. Все идет очень хорошо, если протонов и нейтронов одинаковое количество. Ну, а если нейтронов больше? Тогда каждому протону придется «обслуживать», стабилизировать уже не один нейтрон, а больше. В каких-то пределах это еще возможно — когда на два протона приходится примерно не более трех нейтронов: ведь нейтрон все-таки довольно устойчив, и один из них способен подождать, пока другой обменивается с протоном. Но когда мы переступаем этот рубеж, равновесие нарушается. Рано или поздно один из нейтронов, не успев спасительным образом провзаимодействовать с протоном, распадается. Это и есть Р-распад. Распавшийся избыточный нейтрон превращается в протон (после чего пропорция частиц в ядре становится устойчивой), а продукты распада — электрон и другие частицы, о которых будет подробно говориться в следующей главе,— вылетают из ядра.

Возможна и обратная ситуация: в ядре больше протонов, чем положено по норме. Это также ведет к неустойчивости *), теперь уже может не хватить нейтронов, «обслуживающих протоны».

Мы знаем, что свободный протон, в отличие от нейтрона, не распадается. Оно и понятно. Ведь нейтрон тяжелее протона и может, передав разницу в массах рождающимся частицам, превратиться в него. А во что превращаться протону? Но мы знаем теперь также, что для частиц, находящихся в ядре, разница в массах из-за соотношения неопределенностей перестает играть решающую роль. Ведь сами массы (как и пропорциональные им энергии) могут быть фиксированы лишь с довольно большой неточностью.

Это снимает запрет с протона, и он получает возможность при соответствующих условиях распадаться подобно нейтрону. Разница, конечно, имеется. Если нейтрон может испускать отрицательную частицу — электрон, то протон — положительную, позитрон. При позитронном распаде естественно один из протонов — лишний — превращается в нейтрон и восстанавливается равновесное соотношение между числом частиц.

Приведем в качестве примера водород. Ядро состоит из одного-единственного протона и, разумеется, устойчиво. Если добавить к этому протону один нейтрон, то заряд ядра не изменится. Значит, останется прежним число электронов в атоме (в данном случае оно равно единице) — и, стало быть, химические свойства не изменятся. Элемент никуда не переместится из первой клеточки менделеевской таблицы, но вес каждого атома (фактически ядра) возрастет вдвое. Это так называемый тяжелый водород, дейтерий. Ядро дейтерия (его часто называют дейтоном) вполне устойчиво, как то и должно быть в свете предыдущих рассуждений.

Но попытаемся добавить к дейтону еще один нейтрон. Получающаяся система из одного протона и двух нейтронов — так называемый тритий — также является ядром одного из изотопов **) водорода. Но этот изотоп уже не может быть устойчивым, и действительно, испытав электронный β-распад (β-), тритий превращается в тот изотоп гелия, ядро которого содержит два протона и один нейтрон (что уже находится, правда с натяжкой, в пределах стабильной нормы). Еще менее устойчивым, чем тритий, является изотоп водорода, в ядре которого на один протон приходится три нейтрона.

1 2