Kas ir alfa sabrukšana un beta sabrukšana? Beta sabrukšana, alfa sabrukšana: formulas un reakcijas. Kodolpārveidojumu veidi, alfa un beta sabrukšana Kā tas mainīsies b sabrukšanas laikā

Smago jonu akumulatori paver principiāli jaunas iespējas eksotisko kodolu īpašību izpētē. Jo īpaši tie ļauj uzkrāties un ilgstoši izmantot pilnībā jonizētus atomus - "tukšos" kodolus. Rezultātā kļūst iespējams pētīt to atomu kodolu īpašības, kuriem nav elektroniskās vides un kuros nav ārējā elektrona apvalka Kulona efekta ar atoma kodolu.

Rīsi. 3.2. E-tveršanas shēma izotopā (pa kreisi) un pilnībā jonizētos atomos un (pa labi)

Pirmo reizi atoma sabrukšana saistītā stāvoklī tika atklāta 1992. gadā. Tika novērota pilnībā jonizēta atoma β - sabrukšana saistīto atomu stāvokļos. 163 Dy kodols atomu kodolu N-Z diagrammā ir atzīmēts melnā krāsā. Tas nozīmē, ka tas ir stabils kodols. Patiešām, būdams neitrāla atoma daļa, 163 Dy kodols ir stabils. Tā pamatstāvokli (5/2+) var aizpildīt e-tveršanas rezultātā no 163 Ho kodola pamata stāvokļa (7/2+). 163 Ho kodols, ko ieskauj elektronu apvalks, ir β - -radioaktīvs un tā pussabrukšanas periods ir ~10 4 gadi. Tomēr tas ir taisnība tikai tad, ja mēs uzskatām, ka kodolu ieskauj elektronu apvalks. Pilnībā jonizētiem atomiem attēls ir būtiski atšķirīgs. Tagad 163 Dy kodola pamatstāvoklis izrādās enerģētiski augstāks nekā 163 Ho kodola pamatstāvoklis un paveras iespēja 163 Dy sabrukšanai (3.2. att.)

→ + e - + e .

(3.8)

Sabrukšanas rezultātā izveidojušos elektronu var notvert uz jona brīvā K vai L veida apvalka. Tā rezultātā sabrukumam (3.8) ir forma

→ + e - + e (saistītā stāvoklī).

β-sabrukšanas enerģija K un L-čaulās ir attiecīgi (50,3±1) keV un (1,7±1) keV. Lai novērotu K- un L-čaumalu sadalīšanos saistītajos stāvokļos ESR uzglabāšanas gredzenā, GSI tika uzkrāti 108 pilnībā jonizēti kodoli. Uzkrāšanās laikā β + -sabrukšanas rezultātā izveidojās kodoli (3.3. att.).

Rīsi. 3.3. Jonu uzkrāšanās dinamika: a - Dy 66+ jonu strāva, kas uzkrāta ESR uzglabāšanas gredzenā dažādos eksperimenta posmos, β - Dy 66+ un Ho 67+ jonu intensitātes, mērītas attiecīgi ar ārējiem un iekšējiem pozīcijai jutīgiem detektoriem.

Tā kā Ho 66+ joniem ir praktiski tāda pati M/q attiecība kā primārā stara Dy 66+ joniem, tie uzkrājas vienā orbītā. Uzkrāšanās laiks bija ~30 min. Lai izmērītu Dy 66+ kodola pussabrukšanas periodu, orbītā uzkrātais stars bija jāattīra no Ho 66+ jonu piejaukuma. Lai attīrītu staru no joniem, kamerā tika ievadīta argona gāzes strūkla ar blīvumu 6·10 12 atom/cm 2 un diametru 3 mm, kas šķērsoja uzkrāto jonu staru vertikālā virzienā. Sakarā ar to, ka Ho 66+ joni satvēra elektronus, tie izkrita no līdzsvara orbītas. Stars tika tīrīts aptuveni 500 s. Pēc tam gāzes strūkla tika bloķēta un gredzenā turpināja cirkulēt Dy 66+ joni un jaunizveidotie (pēc gāzes strūklas atslēgšanas) Ho 66+ joni sabrukšanas rezultātā. Šī posma ilgums svārstījās no 10 līdz 85 minūtēm. Ho 66+ noteikšana un identificēšana tika balstīta uz faktu, ka Ho 66+ var tālāk jonizēt. Lai to izdarītu, pēdējā posmā uzglabāšanas gredzenā atkal tika ievadīta gāzes strūkla. Pēdējais elektrons tika atdalīts no 163 Ho 66+ jona, un rezultātā tika iegūts 163 Ho 67+ jons. Netālu no gāzes strūklas atradās pozicionējošs detektors, kas reģistrēja 163 Ho 67+ jonus, kas atstāj staru. Uz att. 3.4 parāda β-sabrukšanas rezultātā izveidoto 163 Ho kodolu skaita atkarību no uzkrāšanās laika. Ielaidums parāda pozīcijas jutīgā detektora telpisko izšķirtspēju.
Tādējādi 163 Ho kodolu uzkrāšanās 163 Dy starā pierādīja sabrukšanas iespējamību.

→ + e - + e (saistītā stāvoklī).

Rīsi. 3.4. Meitas jonu 163 Ho 66+ attiecība pret primārajiem joniem 163 Dy 66+ atkarībā no uzkrāšanās laika. Ielaidums parāda 163 Ho 67+ maksimumu, ko ierakstījis iekšējais detektors.

Mainot laika intervālu starp staru kūļa attīrīšanu no Ho 66+ piemaisījuma un jaunizveidoto Ho 66+ jonu noteikšanas laiku piemaisījumu kūlī, var izmērīt pilnībā jonizētā Dy 66+ izotopa pussabrukšanas periodu. Izrādījās ~0,1 gads.
Līdzīgs sabrukums tika konstatēts arī 187 Re 75+. Iegūtais rezultāts ir ārkārtīgi svarīgs astrofizikai. Fakts ir tāds, ka neitrālu 187 Re atomu pussabrukšanas periods ir 4·10 10 gadi, un tos izmanto kā radioaktīvos pulksteņus. 187 Re 75+ pussabrukšanas periods ir tikai 33 ± 2 gadi. Tāpēc astrofiziskajos mērījumos ir jāveic atbilstošas ​​korekcijas, jo zvaigznēs 187 Re visbiežāk atrodas jonizētā stāvoklī.
Pilnībā jonizētu atomu īpašību izpēte paver jaunu pētījumu virzienu eksotiskas īpašības kodoli, kuriem nav ārējā elektronu apvalka Kulona efekta.

Alfa sabrukšana(a-decay) - atomu kodolu radioaktīvās sabrukšanas veids, kad izdalās alfa daļiņa, kodola lādiņš samazinās par 2 vienībām, masas skaitlis - par 4. Alfa sabrukšana ir raksturīga radioaktīviem elementiem ar lielu atomu. numurs Z.

Rīsi. viens. Shematisks a-sabrukšanas attēlojums.

Alfa sabrukšana ir spontāna atoma kodola transformācija ar protonu skaitu Z un neitroni N citā (meitas) kodolā, kas satur protonu skaitu Z-2 un neitroni N- 2. Šajā gadījumā tiek emitēta a-daļiņa - hēlija atoma kodols 4//^+.

Sākotnējā kodola a-sabrukšanas gadījumā iegūtā kodola atomu skaits samazinās par divām vienībām, un masas skaitlis samazinās par 4 vienībām saskaņā ar shēmu:

A-sabrukšanas piemēri ir urāna-238 izotopa sabrukšana:

(šīs sabrukšanas laikā torija kodols un a-daļiņa izlido ar kinētisko enerģiju 0,07 MeV un 4,18 MeV) un rādijs-226:

Šeit izpaužas Fajansa un Sodija formulētais nobīdes noteikums: elements, kas veidojas no cita elementa a-staru emisijas laikā, periodiskajā sistēmā ieņem vietu divas grupas pa kreisi no sākotnējā elementa.

Kodolu nestabilitātes pakāpi raksturo pussabrukšanas perioda vērtība - laika periods, kurā puse no konkrētā radioaktīvā izotopa kodoliem sadalās. Lielākajai daļai radioaktīvo izotopu ir sarežģīti sabrukšanas modeļi. Šādos gadījumos diagrammās ir norādīta šāda veida starojuma procentuālā attiecība pret kopējo pāreju skaitu (1. un 2. att.).

Rīsi. 2. 230 Th sabrukšanas shēma.

Kopējā a-sabrukšanas enerģija:

kur E a ir a-daļiņas enerģija, E tl ir atsitiena atoma enerģija un Rnshb ir meitas kodola ierosmes enerģija.

Vieglākiem pāra skaitļu nuklīdiem (L

A-daļiņu kinētiskā enerģija alfa sabrukšanas laikā (E un) nosaka sākotnējo un beigu kodolu un a-daļiņu masas. Šī enerģija var nedaudz samazināties, ja gala kodols veidojas ierosinātā stāvoklī, un, gluži pretēji, nedaudz palielināties, ja kodols, kas izstaro a-daļiņu, ir ierosināts (šādas a-daļiņas ar palielinātu enerģiju sauc par liela attāluma). Tomēr visos gadījumos a-sabrukšanas enerģija vienmēr ir saistīta ar sākotnējo un beigu kodolu masas starpību un ierosmes līmeņiem, un tāpēc emitēto a-daļiņu spektrs vienmēr ir nevis nepārtraukts, bet gan izklāts.

Enerģija, kas izdalās a-sabrukšanas laikā

kur Ma un M A -4 ir vecāku un meitas kodolu masas, M a - a-daļiņas masa. Enerģija E ir sadalīts starp a-daļiņu un meitas kodolu apgriezti proporcionāli to masām, no kurienes a-daļiņu enerģija:

Atsitiena enerģija:

Meitas kodola atsitiena enerģija parasti ir aptuveni 0,1 MeV, kas atbilst ceļam gaisā, kas vienāds ar vairākiem milimetriem.

Sauszemes apstākļos ir aptuveni 40 a-radioaktīvo izotopu. Tie ir apvienoti trīs radioaktīvās rindās, kas sākas ar 2 3 6 U ( BET = 477), 2 3 8 U (BET = 477+2), 2 35 U ( BET = 477+3). Tie var būt nosacīti (jo šīs sērijas izotopiem Zemes pastāvēšanas laikā bija laiks sabrukt), iekļaut ceturto sēriju, kas sākas ar 2 3?Np (L = 477+1). Pēc virknes secīgu sabrukšanas tiek izveidoti stabili kodoli ar protonu un neitronu skaitu, kas ir tuvu vai vienāds ar maģiskajiem skaitļiem (Z=82, N=126) attiecīgi 2o8 Pb, 2o6 Pb, 2° 7 Pb, 2° 9Bi . "-aktīvo kodolu kalpošanas laiks ir diapazonā no jū 17 gadiem (2 °4Pb) līdz 3* 7 s (212 Rho). Nuklīdi un 2 Ce, *44Ne, 17 4Hf ir ilgmūžīgi, un to pussabrukšanas periods ir

(2+5) 10*5 gadi.

Rīsi. 3. Plakanie a-staru kūļi no maza izmēra avota: a - avots 210 Rho, viena a-staru grupa; b - 227 Th avots, divas grupas ar tuvu garumu diapazoniem; c - 2u Bi+ 2n Po avots, redzamas divas 211P0 a-daļiņas; d - ~ 8 Th avots ar tā sabrukšanas produktiem ^Ra, 2 3-Th, 21b Po, 212 Bi+ 212 Po 6 grupām.

Alfa sabrukšana ir iespējama, ja a-daļiņas saistīšanās enerģija attiecībā pret sākotnējo kodolu ir negatīva. Lai kodols būtu a-radioaktīvs, ir jāizpilda nosacījums, kas ir enerģijas nezūdamības likuma sekas

M (Huh?) >M(A-4^-2) + M a, (9)

kur M(A,Z) Un M(A- 4, Z-2) ir attiecīgi sākuma un beigu kodolu atlikušās masas, M a ir a-daļiņas masa. Šajā gadījumā sabrukšanas rezultātā gala kodols un a-daļiņa iegūst kopējo kinētisko enerģiju E.

A-daļiņu kinētiskā enerģija svārstās no 1,83 MeV (*44Nd) līdz 11,65 MeV (212n Po izomērs). A-daļiņu enerģija, ko izstaro smagie rāmji no pamatstāvokļiem, ir 4 + 9 MeV, un retzemju elementu emitētā enerģija ir 2 + 4,5 MeV. A-daļiņas diapazons ar tipisku enerģiju E a \u003d 6 MeV ir -5 cm gaisā pie normāli apstākļi un ~0,05 mm A1 formātā.

Rīsi. 4. Eksperimentālais plutonija izotopu a spektrs.

-Daļiņu spektrs, kas rodas no mātes kodola sabrukšanas, bieži sastāv no vairākām monoenerģētiskām līnijām, kas atbilst kvantu pārejām uz dažādiem meitas kodola enerģijas līmeņiem.

Tā kā a-daļiņai nav griešanās, atlase nosaka impulsa momentu I-L un paritāte, kas izriet no atbilstošajiem saglabāšanas likumiem, izrādās vienkārši. leņķiskais impulss L vai-daļiņām var būt vērtības intervālā:

kur /, un Ja- kodolu (vecāku un bērnu) sākuma un beigu stāvokļu leņķiskais moments. Šajā gadījumā ir atļautas tikai pāra L vērtības, ja abu stāvokļu paritātes sakrīt, un nepāra vērtības, ja paritātes nesakrīt.

Rīsi. 5. Atkarība lg T no E a "1/2 vienmērīgiem polonija, radona un rādija izotopiem.

A-sabrukšanas īpašība ir noteiktas un turklāt ļoti spēcīgas atkarības klātbūtne starp emitēto α-daļiņu enerģiju un α-radioaktīvo kodolu pussabrukšanas periodu. Ar nelielām a-daļiņu enerģijas izmaiņām pusperiods (T) mainās par daudzām kārtām. Tātad 2 s 2 Tb?n = 4,08 MeV, 7 = 1,41 10 yu l un 2l8 Th E a = 9,85 MeV, T\u003d u ms. Divkāršas enerģijas izmaiņas atbilst pussabrukšanas perioda izmaiņām par 24 kārtām.

Viena elementa vienmērīgajiem izotopiem pussabrukšanas perioda atkarību no a-sabrukšanas enerģijas labi apraksta sakarība (Geigera-Netāla likums):

kur Ci un c 2 ir konstantes, kas ir vāji atkarīgas no Z.

Sabrukšanas konstantei Geigera-Netāla likumam ir šāda forma:

kur binb2- konstantes un b 2 - vispārējs un b- individuāli katrai dabiskajai sērijai, R- a-daļiņas ceļa garums gaisā, E a - a-daļiņas enerģija.

Šāda veida atkarību empīriski konstatēja 1912. gadā G. Geigers un J. Netall, un 1928. gadā to teorētiski pamatoja G. Gamovs, veicot kvantu mehānisku apsvērumu par a-sabrukšanas procesu, kas notiek tuneļa pārejā. Teorija labi apraksta pārejas starp pāra un pāra kodolu pamatstāvokļiem. Nepāra pāra, pāra un nepāra kodoliem vispārējā tendence turpinās, taču to pussabrukšanas periods ir 2–1000 reižu garāks nekā pāra pāra kodoliem ar doto Z un E a.

A-radioaktivitātes izplatību lielā mērā nosaka šādu kodolu dzīves ilguma lielā atkarība no to sabrukšanas enerģijas. Šī enerģija ir pozitīva, ja pussabrukšanas periods ir diapazonā BET\u003d 200 ir tikai 1,810 m2 Ci).

Elementu izotopiem ar Z

Ir zināmi vairāk nekā 200 a-aktīvi kodoli, kas atrodas galvenokārt periodiskās sistēmas beigās, aiz svina (Z>82), kas pabeidz protonu kodola apvalka piepildījumu ar Z=82. Alfa sabrukšana ir saistīta ar

Kulona atgrūšanās, kas palielinās, palielinoties kodolu izmēram ātrāk (piemēram, Z 2) nekā kodola pievilkšanās spēki, kas palielinās lineāri, palielinoties masas skaitlim A.

Rīsi. 6. att. Elementu izotopu no polonija (Z=84) līdz fermijam (Z=ioo) a-sabrukšanas enerģijas atkarība no neitronu skaita kodolos.

Ir arī aptuveni 20 retzemju elementu a-radioaktīvie izotopi (A=i40-ri6o). Šeit a-sabrukšana ir tipiskākā kodoliem ar N= 84, kas, izdalot a-daļiņas, pārvēršas kodolos ar piepildītu neitronu apvalku (N = 82). Atšķirībā starp retzemju un smagajiem kodoliem ir arī neliela a-emitāru grupa, un no A ~ līdz ir vairāki a-izstarojoši neitronu deficīta kodoli.

A-aktīvo kodolu kalpošanas laiks ir ļoti atšķirīgs: no 3-10-" sek (2,2 Rho) līdz (2-5)-10*5 l (dabīgie izotopi '4 2 Ce, * 44Nd, PVO. Enerģija a-sabrukšana atrodas 44-9 MeV robežās (izņemot liela attāluma a-daļiņu gadījumu) visiem smagajiem kodoliem un 24-4,5 MeV retzemju elementiem.-100 ir parādīts 6. attēlā.

A-sabrukšanas teorijā tiek pieņemts, ka sākotnējais kodols ir a-daļiņu potenciāls, ko ierobežo potenciāla barjera. Kodolā esošās a-daļiņas enerģija nav pietiekama, lai pārvarētu šo barjeru. A-daļiņas izkļūšana no kodola ir iespējama tikai kvantu mehāniskās parādības dēļ, ko sauc par tuneļa efektu. Saskaņā ar kvantu mehāniku, varbūtība, ka daļiņa iziet cauri potenciālajai barjerai, nav nulle. Tunelēšanas fenomenam ir varbūtības raksturs.

tuneļa efekts(tunelēšana) - potenciālās barjeras pārvarēšana ar mikrodaļiņu gadījumā, ja tās kopējā enerģija (kas nemainās tunelēšanas laikā) ir mazāka par barjeras augstumu. tuneļa efekts - kvantu dabas parādība, kas klasiskajā mehānikā nav iespējama; Tuneļa efekta analogs viļņu optikā var būt gaismas viļņa iekļūšana atstarojošā vidē apstākļos, kad no ģeometriskā optika, notiek pilnīga iekšējā atstarošana. Tuneļa efekta parādība ir daudzu svarīgu procesu pamatā atomu un molekulārajā fizikā, iekšā kodolfizika, ciets ķermenis utt. Galu galā tunelēšana ir izskaidrojama ar nenoteiktības attiecību.

Rīsi. 7.

Galvenais faktors, kas nosaka a-sabrukšanas iespējamību un tās atkarību no a-daļiņas enerģijas un kodola lādiņa, ir Kulona barjera. Vienkāršākā a-sabrukšanas teorija ir reducēta uz a-daļiņas kustības aprakstu potenciālā akā ar barjeru (7. att.). Tā kā a-daļiņu enerģija ir 5-10 MeV, bet Kulona barjeras augstums smagajiem kodoliem ir 254-30 MeV, tad a-daļiņas izkļūšana no kodola var notikt tikai tunelēšanas efekta, varbūtības dēļ. no kuriem nosaka barjeras caurlaidība. A-sabrukšanas iespējamība ir eksponenciāli atkarīga no a-daļiņas enerģijas.

Uz att. 7. attēlā parādīta a-daļiņas un atlikušā kodola mijiedarbības potenciālās enerģijas atkarība atkarībā no attāluma starp to centriem. Kulona potenciāls tiek nogriezts no attāluma R, kas ir aptuveni vienāds ar atlikušā kodola rādiusu. Kulona barjeras augstums ir tieši proporcionāls kodola lādiņam, a-daļiņas lādiņam un apgriezti proporcionāls R=r (A 1/s, r 0 ir serdes rādiuss. Tas ir diezgan nozīmīgi, piemēram, uz 2 s**u Kulona barjeras augstums ir 30 MeV, tāpēc saskaņā ar klasiskajiem jēdzieniem a-daļiņa ar enerģiju 4,5 MeV nevar pārvarēt šādu barjeru. Tomēr, pateicoties savām viļņu īpašībām, a-daļiņa tomēr pārvar šādu barjeru.

Kodola enerģijas diagrammā var izdalīt trīs jomas:

i" - sfērisks potenciāls ar dziļumu v. Klasiskajā mehānikā a-daļiņa ar kinētisko enerģiju E a + V 0 var pārvietoties šajā zonā, bet nevar to atstāt. Šajā reģionā pastāv spēcīga mijiedarbība starp a-daļiņu un atlikušo kodolu.

R ir potenciālās barjeras apgabals, kurā potenciālā enerģija ir lielāka par a-daļiņas enerģiju, t.i. šī ir klasiskai daļiņai aizliegta zona.

7*>r e ir reģions ārpus potenciālās barjeras. Kvantu mehānikā a-daļiņai ir iespējams iziet cauri barjerai (tunelēšana), taču varbūtība, ka tas notiks, ir ļoti maza.

Gamova tunelēšanas teorija izskaidroja a-izstarojošo nuklīdu pussabrukšanas perioda spēcīgo atkarību no a-daļiņas enerģijas. Tomēr daudzu kodolu pussabrukšanas perioda vērtības tika prognozētas ar lielām kļūdām. Tāpēc Gamova teorija ir vairākkārt pilnveidota. Gan kodolu sabrukšanas iespējamība ar orbitālo impulsu, kas nav nulle, gan spēcīga kodolu deformācija (α-daļiņām ir lielāka iespēja izlidot gar elipsoīda galveno asi, un vidējā emisijas varbūtība atšķiras no sfēriskā kodola ) utt., tika ņemti vērā. Gamova teorija neņēma vērā sākuma un beigu kodolu stāvokļu uzbūvi un a-daļiņas veidošanās problēmu kodolā, kuras varbūtība tika pieņemta vienāda ar 1. Pāra-pāra kodoliem , šis tuvinājums diezgan labi apraksta eksperimentu. Tomēr, ja sākotnējo kodolu struktūras pārkārtošana galīgajos ir ievērojami sarežģīta, tad aprēķinātās pussabrukšanas periodu vērtības var mainīties par divām kārtām.

Alfa daļiņa neeksistē a-dalīšanās kodolā visu laiku, bet ar noteiktu ierobežotu varbūtību tā parādās uz tās virsmas pirms izlidošanas. Smago kodolu virsmas slānī ir a-daļiņu nukleonu grupējumi, kas sastāv no diviem protoniem un diviem neitroniem (a-klasteri). Ir zināms, ka a-sabrukšana notiek par 2-4 kārtām ātrāk, ja a-daļiņa veidojas no neitronu un protonu pāriem, salīdzinot ar sabrukšanu, kad a-daļiņa veidojas no nepāra nukleoniem. Pirmajā gadījumā a-sabrukšanu sauc par labvēlīgu, un visas a-pārejas starp pāra-pāra kodolu pamatstāvokļiem izrādās tādas. Otrajā gadījumā a-sabrukšanu sauc par nelabvēlīgu.

1. KODOLEKĻA FIZIKA 1.4. β-sabrukšana

1.4. Beta sabrukšana.

Beta sabrukšanas veidi un īpašības. Beta sabrukšanas teorijas elementi. Radioaktīvās ģimenes

beta sabrukšana kodols ir nestabila kodola spontānas pārvēršanās process izobāra kodolā elektrona (pozitrona) emisijas vai elektrona uztveršanas rezultātā. Ir zināmi aptuveni 900 beta-radioaktīvi kodoli. No tiem tikai 20 ir dabīgi, pārējās iegūtas mākslīgi.
Beta sabrukšanas veidi un īpašības

Ir trīs veidi β - sabrukšana: elektroniska β – sabrukšana, pozitrons β + - sabrukšana un elektronu satveršana ( e-uztveršana). Pirmais ir galvenais.

Plkst elektroniskā β – - sabrukums viens no kodola neitroniem pārvēršas par protonu ar elektrona emisiju un elektronu antineitronu.

Piemēri: brīva neitrona sabrukšana

, T 1/2 = 11,7 min;

tritija sabrukšana

, T 1/2 = 12 gadus vecs.

Plkst pozitrons β + - sabrukums viens no kodola protoniem pārvēršas par neitronu ar pozitīvi lādēta elektrona (pozitrona) un elektronu neitrīno emisiju

. (1,41b)

Piemērs

·

Salīdzinot ģimeņu senču pussabrukšanas periodus ar Zemes ģeoloģisko mūžu (4,5 miljardi gadu), redzams, ka Zemes vielā ir saglabājies gandrīz viss torijs-232, urāns-238 ir sadalījies. apmēram uz pusi, urāns-235 - lielākoties neptūnijs-237 ir praktiski viss.

Atbilstoši radioaktīvā starojuma veidiem ir vairāki radioaktīvās sabrukšanas veidi (radioaktīvo pārveidojumu veidi). Elementi, kuru kodolos ir pārāk daudz protonu vai neitronu, tiek pakļauti radioaktīvai transformācijai. Apsveriet radioaktīvās sabrukšanas veidus.

1. Alfa sabrukšana raksturīgs dabīgiem radioaktīviem elementiem ar lielu sērijas numuru (t.i., ar zemu saistīšanas enerģiju). Ir zināmi aptuveni 160 alfa-aktīvi kodolu veidi, lielākoties to sērijas numurs ir lielāks par 82 (Z > 82). Alfa sabrukšanu pavada alfa daļiņas emisija no nestabila elementa kodola, kas ir hēlija atoma He kodols (tajā ir 2 protoni un 2 neitroni). Kodollādiņš tiek samazināts par 2, masas skaitlis - par 4.

ZAX → Z-2 A-4 Y + 2 4He; 92 238U → 24 He + 90 234Th;

88 226Ra→2 4He + 86 222Ra + γ radi.

Alfa sabrukšana tiek pakļauta vairāk nekā 10% radioaktīvo izotopu.

2. Beta sabrukšana. Vairāki dabiskie un mākslīgie radioaktīvie izotopi sadalās, izdalot elektronus vai pozitronus:

a) Elektroniskā beta samazināšanās. raksturīga gan dabiskajiem, gan mākslīgajiem radionuklīdiem, kuros ir neitronu pārpalikums (t.i., galvenokārt smagajiem radioaktīvajiem izotopiem). Aptuveni 46% no visiem radioaktīvajiem izotopiem tiek pakļauti elektroniskai beta sabrukšanai. Šajā gadījumā viens no neitroniem pārvēršas par, un kodols arī izstaro antineitrīnu. Kodola lādiņš un attiecīgi elementa atomskaitlis palielinās par vienu, bet masas skaitlis paliek nemainīgs.

AZ X → AZ+1 Y + e- + v-; 24194Pu → 24195Am + e- + v-; 6429Cu → 6430Zn + e- + v-; 4019K → 4020Ca + e- + v-.

Izstarojot β-daļiņas, atomu kodoli var atrasties ierosinātā stāvoklī, kad meitas kodolā tiek konstatēts enerģijas pārpalikums, ko nesatver korpuskulārās daļiņas. Šī liekā enerģija tiek izstarota gamma staru veidā.

13785Cs → 13756 Ba + e - + v- + γ radi.;

b) pozitronu beta sabrukšana. To novēro dažos mākslīgos radioaktīvos izotopos, kuru kodolā ir protonu pārpalikums. Tas ir raksturīgs 11% radioaktīvo izotopu D.I.Mendeļejeva tabulas pirmajā pusē (Z<45). При позитронном бета-распаде один из протонов превращается в , заряд ядра и соответственно атомный номер уменьшается на единицу, а массовое число остается без изменений. Ядро испускает позитрон и нейтрино.

AZX → AZ-1Y + e+ + v+; 3015P → 3014Si + e+ + v+; 6428Ni + e+ + v+.

Positrons, izlidojot no kodola, norauj no čaulas “papildu” atomu vai mijiedarbojas ar brīvo elektronu, veidojot “pozitronu-elektronu” pāri, kas acumirklī pārvēršas divos gamma kvantos ar enerģiju, kas līdzvērtīga daļiņas (e un e). Pozitronu-elektronu pāra transformācijas procesu divos gamma kvantos sauc par iznīcināšanu (iznīcināšanu), un iegūto elektromagnētisko starojumu sauc par anihilāciju. Šajā gadījumā viena matērijas forma (matērijas daļiņas) tiek pārveidota par citu - gamma fotoniem;

c) elektroniskā uztveršana. Tā ir sava veida radioaktīvā transformācija, kad atoma kodols uztver elektronu no kodolam tuvākā enerģijas K līmeņa (elektroniskā K uztveršana) vai retāk 100 reizes no L līmeņa. Tā rezultātā viens no kodola protoniem tiek neitralizēts ar elektronu, pārvēršoties par. Jaunā kodola sērijas numurs kļūst par vienu mazāks, bet masas numurs nemainās. Kodols izstaro antineitrīnu. Atbrīvoto vietu, kuru K vai L līmenī aizņēma notvertais, aizpilda elektrons no enerģijas līmeņiem, kas atrodas tālāk no kodola. Šīs pārejas laikā atbrīvoto enerģijas pārpalikumu atoms izstaro raksturīgā rentgena starojuma veidā.

AZX + e- → AZ-1 Y + v- + rentgenstari;

4019K + e- → Ar + v- + rentgenstari;

6429Cu + e- → 6428 Ni + v- + rentgenstari.

Elektroniskā K uztveršana ir raksturīga 25% visu radioaktīvo kodolu, bet galvenokārt mākslīgajiem radioaktīvajiem izotopiem, kas atrodas D.I. otrajā pusē. Mendeļejevs un ar protonu pārpalikumu (Z = 45 - 105). Tikai trīs dabiskie elementi tiek uztverti K — kālijs-40, lantāns-139, lutēcijs-176 (4019K, 15957La, 17671Lu).

Daži kodoli var sadalīties divos vai trīs veidos: ar alfa un beta sabrukšanu un ar K uztveršanu.

Kā jau minēts, kālijs-40 tiek pakļauts elektroniskai sabrukšanai - 88%, bet K-uztveršanai - 12%. Varš-64 (6428Сu) pārvēršas par niķeli (pozitronu sabrukšana - 19%, K-tveršana - 42%; (elektroniskā sabrukšana - 39%).

3. γ-starojuma emisija nav radioaktīvā sabrukšanas veids (nav elementu transformācijas), bet gan elektromagnētisko viļņu plūsma, kas rodas no atomu kodolu (gan dabisko, gan mākslīgo radioaktīvo izotopu) alfa un beta sabrukšanas. kad meitas kodolā izrādās enerģijas pārpalikums, ko neuztver korpuskulārais starojums (alfa un beta daļiņas). Šis pārpalikums uzreiz tiek parādīts gamma kvantu veidā.

13153I → 13154Xe + e- +v- +2γ kvants; 22688Ra → 42He + 22286Rn + γ kvants.

4. - protona emisija no kodola pamatstāvoklī. Šo procesu var novērot mākslīgi ražotos kodolos ar lielu neitronu deficītu:

lutecijs - 151 (15171Lu) - tajā ir par 24 mazāk neitronu nekā stabilajā izotopā 17671Lu.

Zināmo α-radioaktīvo kodolu pussabrukšanas periods ir ļoti atšķirīgs. Tādējādi 182 W volframa izotopa pussabrukšanas periods T 1/2 > 8,3 · 10 18 gadi, bet 219 Pa protaktīnija izotopam ir T 1/2 = 5,3 · 10 -8 s.

Rīsi. 2.1. Radioaktīvā elementa pussabrukšanas perioda atkarība no dabiski radioaktīva elementa α-daļiņas kinētiskās enerģijas. Pārtrauktā līnija ir Geigera-Natala likums.

Vienmērīgiem izotopiem pussabrukšanas perioda atkarība no α sabrukšanas enerģijas Q α apraksta empīriski Ģēģera-Netola likums

kur Z ir gala kodola lādiņš, pussabrukšanas periods T 1/2 ir izteikts sekundēs, un α-daļiņas E α enerģija ir MeV. Uz att. 2.1 parāda α-radioaktīvo vienmērīgo izotopu pussabrukšanas perioda eksperimentālās vērtības (Z svārstās no 74 līdz 106) un to aprakstu, izmantojot sakarību (2.3).
Nepāra-pāra, pāra-pāra un nepāra-pāra kodoliem vispārējā atkarības tendence
lg T 1/2 no Q α saglabājas, bet pussabrukšanas periodi ir 2–100 reizes garāki nekā pāra-pāra kodoliem ar vienādu Z un Q α .
Lai notiktu α-sabrukšana, ir nepieciešams, lai sākotnējā kodola M(A,Z) masa būtu lielāka par gala kodola M(A-4, Z-2) un α masu summu. - daļiņa Mα:

kur Q α = c 2 ir α sabrukšanas enerģija.
Tā kā M α<< M(A-4, Z-2), lielāko daļu α-sabrukšanas enerģijas aiznes α ‑ daļiņa un tikai ≈ 2% - gala kodols (A-4, Z-2).
Daudzu radioaktīvo elementu α-daļiņu enerģijas spektri sastāv no vairākām līnijām (α-spektru smalkā struktūra). α-spektra smalkās struktūras parādīšanās iemesls ir sākotnējā kodola (A, Z) sabrukšana kodola ierosinātajā stāvoklī (A-4, Z-2). Mērot α-daļiņu spektrus, var iegūt informāciju par ierosināto stāvokļu raksturu
kodoli (A-4, Z-2).
Lai noteiktu A un Z kodolu diapazonu, kuriem enerģētiski iespējama α-sabrukšana, tiek izmantoti eksperimentāli dati par kodolu saistīšanās enerģijām. α-sabrukšanas Q α enerģijas atkarība no masas skaitļa A parādīta att. 2.2.
No att. 2.2. attēlā redzams, ka α-sabrukšana kļūst enerģētiski iespējama, sākot no A ≈ 140. Reģionos A = 140–150 un A ≈ 210 Q α ir izteikti maksimumi, kas izriet no kodola apvalka struktūras. Maksimums pie A = 140–150 ir saistīts ar neitronu apvalka piepildījumu ar maģisko skaitli N =A – Z = 82, un maksimums pie A ≈ 210 ir saistīts ar protonu apvalka piepildījumu pie Z = 82. Pateicoties atoma kodola apvalka struktūrai, α-aktīvo kodolu pirmais (retzemju) apgabals sākas ar N = 82, un īpaši daudz kļūst smagie α-radioaktīvie kodoli, sākot ar Z = 82.

Rīsi. 2.2. α-sabrukšanas enerģijas atkarība no masas skaitļa A.

Plašais pussabrukšanas periodu diapazons, kā arī šo periodu lielās vērtības daudziem α-radioaktīviem kodoliem ir izskaidrojamas ar to, ka α-daļiņa nevar "acumirklī" atstāt kodolu, neskatoties uz to, ka tas ir enerģētiski labvēlīgs. Lai izietu no kodola, α-daļiņai jāpārvar potenciālā barjera - apgabals pie kodola robežas, kas veidojas α-daļiņas un gala kodola elektrostatiskās atgrūšanās potenciālās enerģijas un pievilkšanas spēku ietekmē. starp nukleoniem. No klasiskās fizikas viedokļa α-daļiņa nevar pārvarēt potenciālo barjeru, jo tai nav tam nepieciešamās kinētiskās enerģijas. Tomēr kvantu mehānika pieļauj šādu iespēju − α ‑ daļiņai ir zināma iespēja iziet cauri potenciālajai barjerai un atstāt kodolu. Šo kvantu mehānisko parādību sauc par "tunelēšanas efektu" vai "tunelēšanu". Jo lielāks ir barjeras augstums un platums, jo mazāka ir tunelēšanas iespējamība, un pussabrukšanas periods attiecīgi ir garāks. Liels pussabrukšanas periodu diapazons
α-izstarotāji ir izskaidrojami ar atšķirīgu α-daļiņu kinētisko enerģiju un potenciālo barjeru augstumu kombināciju. Ja barjera nepastāvētu, tad α-daļiņa atstātu kodolu raksturīgajam kodolam
laiks ≈ 10 -21 - 10 -23 s.
Vienkāršāko α-sabrukšanas modeli 1928. gadā ierosināja G. Gamovs un neatkarīgi G. Gērnijs un E. Kondons. Šajā modelī tika pieņemts, ka alfa daļiņa pastāvīgi pastāv kodolā. Kamēr α-daļiņa atrodas kodolā, uz to iedarbojas kodola pievilkšanās spēki. To darbības rādiuss ir salīdzināms ar kodola R rādiusu. Kodolpotenciāla dziļums ir V 0 . Ārpus kodola virsmas r > R potenciāls ir Kulona atgrūšanas potenciāls

V(r) = 2Ze 2 /r.

Rīsi. 2.3. α-daļiņu enerģija E α atkarībā no neitronu skaita N
oriģinālajā kodolā. Līnijas savieno viena un tā paša ķīmiskā elementa izotopus.

Vienkāršota pievilcīgā kodolpotenciāla un atgrūdošā Kulona potenciāla kopīgās darbības diagramma parādīta 2.4. attēlā. Lai izietu ārpus kodola, α-daļiņai ar enerģiju E α ir jāiziet cauri potenciāla barjerai, kas atrodas reģionā no R līdz R c . α-sabrukšanas varbūtību galvenokārt nosaka varbūtība D, ka α-daļiņa iziet cauri potenciālajai barjerai.

Šī modeļa ietvaros bija iespējams izskaidrot spēcīgo varbūtības α atkarību ‑ sadalīšanās no α-daļiņas enerģijas.

Rīsi. 2.4. α-daļiņas potenciālā enerģija. potenciālā barjera.

Lai aprēķinātu sabrukšanas konstanti λ, jāreizina α-daļiņas caur potenciālu barjeru iziešanas koeficients, pirmkārt, ar varbūtību w α, ka α-daļiņa ir izveidojusies kodolā, un, otrkārt, ar varbūtību, ka tas atradīsies kodola malā. Ja α-daļiņai kodolā ar rādiusu R ir ātrums v, tad tā robežai tuvosies vidēji ≈ v/2R reizes sekundē. Rezultātā samazinājuma konstantei λ iegūstam sakarību

(2.6)

α-daļiņas ātrumu kodolā var novērtēt, pamatojoties uz tās kinētisko enerģiju E α + V 0 kodolpotenciāla akas iekšpusē, kas dod v ≈ (0,1-0,2) s. No tā jau izriet, ka α-daļiņas klātbūtnē kodolā ir iespējamība, ka tā šķērsos barjeru D<10 -14 (для самых короткоживущих относительно α‑распада тяжелых ядер).
Preeksponenciālā faktora novērtējuma raupjums nav īpaši nozīmīgs, jo no tā sabrukšanas konstante ir atkarīga nesalīdzināmi vājāka nekā no eksponenta.
No formulas (2.6) izriet, ka pussabrukšanas periods ir ļoti atkarīgs no kodola rādiusa R, jo rādiuss R ir iekļauts ne tikai pirmseksponenciālajā faktorā, bet arī eksponentā kā integrācijas robeža. Tāpēc pēc datiem par α-sabrukšanu ir iespējams noteikt atomu kodolu rādiusus. Šādi iegūtie rādiusi izrādās par 20–30% lielāki nekā elektronu izkliedes eksperimentos konstatētie. Šī atšķirība ir saistīta ar to, ka eksperimentos ar ātrajiem elektroniem mēra elektriskā lādiņa sadalījuma rādiusu kodolā, bet α-sabrukšanas gadījumā mēra attālumu starp kodolu un α-daļiņu, pie kura darbojas kodolspēki. beidz darboties.
Planka konstantes klātbūtne eksponentā (2.6) izskaidro pussabrukšanas perioda spēcīgo atkarību no enerģijas. Pat nelielas enerģijas izmaiņas noved pie būtiskām eksponenta izmaiņām un līdz ar to ļoti krasām izmaiņām pussabrukšanas periodā. Tāpēc emitēto α-daļiņu enerģijas ir ļoti ierobežotas. Smagajiem kodoliem α-daļiņas, kuru enerģija pārsniedz 9 MeV, izlido gandrīz acumirklī, un ar enerģiju zem 4 MeV tās dzīvo kodolā tik ilgi, ka α-sabrukšanu pat nevar reģistrēt. Retzemju α-radioaktīvajiem kodoliem abas enerģijas samazinās, jo samazinās kodola rādiuss un potenciālās barjeras augstums.
Uz att. 2.5. attēlā parādīta Hf izotopu (Z = 72) α sabrukšanas enerģijas atkarība no masas skaitļa A masas skaitļu diapazonā A = 156–185. 2.1. tabulā ir norādītas 156–185 Hf izotopu α-sabrukšanas enerģijas, pussabrukšanas periodi un galvenie sabrukšanas kanāli. Redzams, kā, palielinoties masas skaitlim A, samazinās α-sabrukšanas enerģija, kas noved pie α-sabrukšanas varbūtības samazināšanās un β-sabrukšanas varbūtības palielināšanās (2.1.tabula). 174 Hf izotops, būdams stabils izotops (dabiskā izotopu maisījumā tas ir 0,16%), tomēr sadalās ar pussabrukšanas periodu T 1/2 = 2 10 15 gadi ar α-daļiņas emisiju.

Rīsi. 2.5. Hf izotopu α sabrukšanas enerģijas Q α atkarība (Z = 72)
no masas skaitļa A.

2.1. tabula

α-sabrukšanas enerģijas Q α atkarība, pussabrukšanas periods T 1/2,
dažādi izotopu H f (Z = 72) sabrukšanas režīmi uz masas skaitļa A

Z	N	A	Qα	T 1/2	Samazināšanās režīmi (%)
72	84	156	6.0350	23 ms	a(100)
72	85	157	5.8850	110 ms	α (86), e (14)
72	86	158	5.4050	2,85 s	α (44,3), e (55,7)
72	87	159	5.2250	5,6 s	α (35), e (65)
72	88	160	4.9020	13,6 s	α (0,7), e (99,3)
72	89	161	4.6980	18,2 s	α (<0.13), е (>99.87)
72	90	162	4.4160	39,4 s	α (<8·10 -3), е (99.99)
72	91	163	4.1280	40,0 s	α (<1·10 -4), е (100)
72	92	164	3.9240	111 s	e (100)
72	93	165	3.7790	76 s	e (100)
72	94	166	3.5460	6,77 min	e (100)
72	95	167	3.4090	2,05 min	e (100)
72	96	168	3.2380	25,95 min	e (100)
72	97	169	3.1450	3,24 min	e (100)
72	98	170	2.9130	16.01 st	e (100)
72	99	171	2.7390	12,1 st	e (100)
72	100	172	2.7470	1,87 st	e (100)
72	101	173	2.5350	23,4 st	e (100)
72	102	174	2.4960	2 10 15 l	e (100)
72	103	175	2.4041	70 dienas	e (100)
72	104	176	2.2580	stubs.
72	105	177	2.2423	stubs.
72	106	178	2.0797	stubs.
72	107	179	1.8040	stubs.
72	108	180	1.2806	stubs.
72	109	181	1.1530	42,39 dienas	β — (100)
72	110	182	1.2140	8,9 10 6 l	β — (100)
72	111	183	0.6850	1.07 st	β — (100)
72	112	184	0.4750	4.12 st	β — (100)
72	113	185	0.0150	3,5 min	β — (100)

Hf izotopi ar A = 176–180 ir stabili izotopi. Šiem izotopiem ir arī pozitīva α-sabrukšanas enerģija. Tomēr α-sabrukšanas enerģija ~ 1, 3–2, 2 MeV ir pārāk zema, un šo izotopu α-sabrukšana nav konstatēta, neskatoties uz to, ka α-sabrukšanas varbūtība nav nulle. Tālāk palielinoties masas skaitlim A > 180, β - sabrukšana kļūst par dominējošo sabrukšanas kanālu.
Radioaktīvās sabrukšanas gadījumā gala kodols var atrasties ne tikai pamatstāvoklī, bet arī kādā no ierosinātajiem stāvokļiem. Tomēr α-sabrukšanas varbūtības lielā atkarība no α-daļiņas enerģijas noved pie tā, ka sadalīšanās gala kodola ierosinātajos līmeņos parasti notiek ļoti zemā intensitātē, jo α-daļiņas enerģija samazinās, kad gala kodols ir satraukts. Tāpēc eksperimentāli var novērot tikai sadalīšanos rotācijas līmeņos ar salīdzinoši zemu ierosmes enerģiju. Sadalīšanās gala kodola ierosinātajos līmeņos izraisa smalkas struktūras parādīšanos emitēto α-daļiņu enerģijas spektrā.
Galvenais faktors, kas nosaka α-sabrukšanas īpašības, ir α-daļiņu izkļūšana caur potenciālo barjeru. Citi faktori ir salīdzinoši vāji, bet atsevišķos gadījumos dod iespēju iegūt papildu informāciju par kodola uzbūvi un kodola α-sabrukšanas mehānismu. Viens no šiem faktoriem ir kvantu mehāniskās centrbēdzes barjeras parādīšanās. Ja α-daļiņa izlido no kodola (A,Z) ar spinu J i , un šajā gadījumā veidojas gala kodols
(A-4, Z-2) stāvoklī ar spinu J f , tad α-daļiņai ir jānoņem kopējais moments J, ko nosaka attiecība

Tā kā α-daļiņai ir nulles spins, tās kopējais impulss J sakrīt ar impulsa l orbitālo leņķisko impulsu, ko α-daļiņa aiznes

Rezultāts ir kvantu mehāniskā centrbēdzes barjera.

Potenciālās barjeras formas izmaiņas centrbēdzes enerģijas ietekmē ir nenozīmīgas, galvenokārt tāpēc, ka centrbēdzes enerģija ar attālumu samazinās daudz ātrāk nekā Kulona (kā 1/r 2, nevis kā 1/r). Tomēr, tā kā šīs izmaiņas tiek dalītas ar Planka konstanti un ietilpst eksponentā, tad lielajam l tas izraisa izmaiņas kodola dzīves laikā.
2.2. tabulā parādīta aprēķinātā centrbēdzes barjeras caurlaidība B l α-daļiņām, kas emitētas ar orbitālo impulsu l, attiecībā pret centrbēdzes barjeras caurlaidību B 0 α-daļiņām, kas emitētas ar orbitālo impulsu l = 0 kodolam ar Z = 90, α-daļiņas enerģija E α = 4,5 MeV. Var redzēt, ka, palielinoties orbitālajam impulsam l, ko aizved α-daļiņa, kvantu-mehāniskās centrbēdzes barjeras caurlaidība strauji samazinās.

2.2. tabula

Centrbēdzes barjeras relatīvā caurlaidība priekšα - daļiņas,
izlidojot ar orbītas impulsu l
(Z = 90, E α = 4,5 MeV)

Nozīmīgāks faktors, kas spēj strauji pārdalīt dažādu α-sabrukšanas atzaru varbūtības, var būt nepieciešamība būtiski pārkārtot kodola iekšējo struktūru α-daļiņas emisijas laikā. Ja sākotnējais kodols ir sfērisks un gala kodola pamatstāvoklis ir stipri deformēts, tad, lai evolucionētu gala kodola pamatstāvoklī, sākotnējam kodolam α-daļiņas izstarošanas procesā ir jāpārkārtojas. , ievērojami mainot savu formu. Šādas kodola formas izmaiņas parasti ietver lielu skaitu nukleonu un tādu dažu nukleonu sistēmu kā α ‑ daļiņa, kas atstāj kodolu, var nespēt to nodrošināt. Tas nozīmē, ka galīgā kodola veidošanās varbūtība pamatstāvoklī būs niecīga. Ja starp gala kodola ierosinātajiem stāvokļiem ir stāvoklis, kas ir tuvu sfēriskam, tad sākotnējais kodols var pāriet tajā bez būtiskas pārkārtošanās α rezultātā. ‑ sabrukšana Šāda līmeņa apdzīvošanas iespējamība var izrādīties augsta, ievērojami pārsniedzot zemāko stāvokļu, tostarp pamatstāvokļa, apdzīvošanas varbūtību.
No izotopu 253 Es, 225 Ac, 225 Th, 226 Ra α-sabrukšanas diagrammām var redzēt spēcīgas atkarības no α-sabrukšanas iespējamības ierosinātos stāvokļos no α-daļiņas enerģijas un no orbītas impulsa l. aiznes α-daļiņa.
α-sabrukšana var notikt arī no ierosinātiem atomu kodolu stāvokļiem. Piemēram, 2.3. un 2.4. tabulā parādīti 151 Ho un 149 Tb izotopu pamatstāvokļa un izomēru sabrukšanas režīmi.

2.3. tabula

151Ho grunts un izomēru stāvokļu α-sabrukšana

2.4. tabula

149 Tb pamata un izomēru stāvokļu α-sabrukšana

Uz att. 2.6 parāda 149 Tb un 151 Ho izotopu pamatstāvokļu un izomēru sabrukšanas enerģijas diagrammas.

Rīsi. 2.6. Enerģijas samazināšanās diagrammas 149 Tb un 151 Ho izotopu pamatstāvokļiem un izomēriem.

α-sabrukšana no 151Ho izotopa izomēra stāvokļa (J P = (1/2) + , E izomērs = 40 keV) ir ticamāka (80%) nekā e-satveršana šajā izomērā. Tajā pašā laikā 151 Ho pamatstāvoklis pārsvarā samazinās e-tveršanas rezultātā (78%).
149 Tb izotopā izomēra stāvokļa sabrukšana (J P = (11/2) - , E izomērs = 35,8 keV) pārsvarā notiek e-tveršanas rezultātā. Novērotās zemes un izomēru stāvokļu sabrukšanas pazīmes ir izskaidrojamas ar α-sabrukšanas un e-tveršanas enerģiju un orbitālo impulsu, ko aizved α-daļiņa vai neitrīno.