Схема распада радиоактивного вещества — это графическое изображение всех переходов, происходящих при распаде, и их взаимосвязей. Примеры приведены ниже .
Полезно представить схему распада в системе координат, где вертикальная ось — это энергия, увеличивающаяся снизу вверх, а горизонтальная ось — это число протонов, увеличивающееся слева направо. [ необходима цитата ] Стрелки указывают на испускаемые частицы. Для гамма-лучей (вертикальные стрелки) даны гамма-энергии; для бета-распада (наклонная стрелка) — максимальная бета-энергия.
Эти соотношения могут быть довольно сложными; здесь показан простой случай: схема распада радиоактивного изотопа кобальта кобальта-60 . [1] 60Co распадается, испуская электрон ( бета-распад ) с периодом полураспада 5,272 года в возбужденное состояние 60Ni , который затем очень быстро распадается в основное состояние 60Ni посредством двух гамма-распадов.
Все известные схемы распада можно найти в Таблице изотопов ., [2] [3]
Никель находится справа от кобальта, так как его число протонов (28) на единицу больше, чем у кобальта (27). При бета-распаде число протонов увеличивается на единицу. Для позитронного распада, а также для альфа-распада (см. ниже) косая стрелка будет идти справа налево, так как в этих случаях число протонов уменьшается.
Поскольку энергия сохраняется , а испускаемые частицы уносят энергию, стрелки в схеме распада могут идти только вниз (вертикально или под углом).
Здесь показана несколько более сложная схема: распад нуклида 198 Au [ 4] , который может быть получен путем облучения природного золота в ядерном реакторе . 198 Au распадается посредством бета-распада в одно из двух возбужденных состояний или в основное состояние изотопа ртути 198 Hg. На рисунке ртуть находится справа от золота, поскольку атомный номер золота равен 79, а ртути — 80. Возбужденные состояния распадаются за очень короткое время (2,5 и 23 пс соответственно; 1 пикосекунда — это миллионная часть миллионной доли секунды) в основное состояние.
В то время как возбужденные ядерные состояния обычно очень недолговечны, распадаясь почти сразу после бета-распада (см. выше), возбужденное состояние изотопа технеция, показанное здесь справа, сравнительно долгоживущее. Поэтому его называют « метастабильным » (отсюда «m» в 99m Tc [5] ). Он распадается до основного состояния посредством гамма-распада с периодом полураспада 6 часов.
Здесь, слева, у нас теперь есть альфа-распад . Это распад элемента полония [6] , открытого Марией Кюри , с массовым числом 210. Изотоп 210 Po является предпоследним членом ряда распада урана-радия ; он распадается на стабильный изотоп свинца с периодом полураспада 138 дней. Почти во всех случаях распад происходит посредством испускания альфа-частицы 5,305 МэВ . Только в одном случае из 100000 появляется альфа-частица с более низкой энергией; в этом случае распад приводит к возбужденному уровню 206 Pb, который затем распадается до основного состояния посредством гамма-излучения.
Альфа-, бета- и гамма-лучи могут испускаться только при соблюдении законов сохранения (энергии, момента импульса, четности). Это приводит к так называемым правилам отбора .
Приложения для гамма-распада можно найти в Мультиполярность гамма-излучения . Чтобы обсудить такое правило в конкретном случае, необходимо знать угловой момент и четность для каждого состояния. На рисунке снова показана схема распада 60 Co, со спинами и четностями, указанными для каждого состояния.