Кластерний розпад

Кла́стерний ро́зпад, кла́стерна радіоакти́вність — вид радіоактивного розпаду, явище самовільного випромінювання важкими атомними ядрами ядерних фрагментів (кластерів), важчих ніж α-частинка.

Експериментально виявлено 25 ядер від ^114Ba до ^241Am, що випромінюють з основних станів кластери типу ^14С , ^20О, ^24Ne, ^26Ne, ^28Mg, ^30Mg , ^32Si і ^34Si. Енергія відносного руху кластера, що вилітає, та дочірнього ядра Q лежить у межах від 28 до 94 МеВ і у всіх випадках є помітно меншою від висоти потенціального бар'єру V_B. Таким чином, кластерний розпад, як і альфа-розпад, зумовлений тунельним ефектом — забороненим у класичній фізиці проходженням частинки крізь потенціальний бар'єр.

Історія відкриття

Кластерна радіоактивність була відкрита в 1984 році дослідниками Оксфордського університету, які зареєстрували випускання ядра вуглецю ^14C ядром радію ^223Ra, що відбувалося в середньому один раз на 10^9 альфа-розпадів. Проте вже значно раніше зустрічалися спроби знайти в продуктах спонтанних радіоактивних розпадів важкі частинки, що перевищують за масою ядра гелію-4. Так, ще в 1914 році Ернест Резерфорд і П. Робінсон поставили перший експеримент: ними було визначено, що навіть якщо такі частки й випускаються, то їхнє число не може перевищувати 1/10 000 частини від кількості вилітаючих частинок.

Відомі канали розпаду

Відомі кластерні розпади і їх ймовірність по відношенню до основної моди розпаду материнського ядра наведені в таблиці .[1]

Материнське ядро	Вилітаючий кластер	Відносна ймовірність розпаду
^114Ba(інші мови)	^12C	~3,0× 10^−3
^221Fr(інші мови)	^14C	8,14× 10^−13
^221Ra	^14C	1× 10^−12
^222Ra	^14C	3,07× 10^−10
^223Ra(інші мови)	^14C	8,5× 10^−10
^224Ra	^14C	6,1× 10^−10
^226Ra	^14C	2,9× 10^−11
^225Ac(інші мови)	^14C	6× 10^−12
^228Th	^20O Ne	1× 10^−13  ?
^230Th	^24Ne	5,6× 10^−13
^231Pa(інші мови)	^23F(інші мови) ^24Ne	9,97× 10^−15 1,34× 10^−11
^232U	^24Ne ^28Mg(інші мови)	2× 10^−12 1,18× 10^−13
^233U	^24Ne ^25Ne ^28Mg	7× 10^−13   1,3× 10^−15
^234U	^28Mg ^24Ne ^26Ne	1× 10^−13 9× 10^−14
^235U	^24Ne ^25Ne ^28Mg ^29Mg(інші мови)	8× 10^−12   1,8× 10^−12
^236U	^24Ne ^26Ne ^28Mg ^30Mg(інші мови)	9× 10^−12   2× 10^−13
^236Pu	^28Mg	2× 10^−14
^238Pu	^32Si(інші мови) ^28Mg ^30Mg	1,38× 10^−16 5,62x10^−17
^240Pu	^34Si	6× 10^−15
^237Np(інші мови)	^30Mg	1,8× 10^−14
^241Am	^34Si	2,6× 10^−13
^242Cm(інші мови)	^34Si	1× 10^−16

Кластерний розпад кінематично дозволений для набагато більшого числа важких ізотопів, однак імовірність у більшості випадків настільки мала, що знаходиться за межами досяжності для реальних експериментів. Це викликано експоненціальним зменшенням проникності потенціального бар'єру при зростанні його ширини і / або висоти.

Інші особливості кластерного розпаду

Кластерний розпад можна розглядати як процес, у деякому сенсі проміжний між альфа-розпадом і спонтанним поділом ядра. Досить добре експериментально і теоретично вивчені приклади кластерного розпаду дозволяють встановити його основні закономірності:

• Всі відомі на сьогоднішній день ядра, схильні до кластерного розпаду, належать до області важких ядер з масовими числами А > 208.
• Зарядові Z_f і масові A_f числа дочірніх ядер, що виникають при вилітанні кластерів з важких ядер, лежать у вузьких областях: 80 <Z_f <82, 206 <A_f <212.
• Кінетична енергія частинки, що вилітає, близька до так званої кінематичної межі, це означає, що вона забирає майже всю енергію розпаду. Отже, після здійснення розпаду дочірнє ядро залишається або в основному, або в збудженому стані, але з невисокою енергією збудження Е (Е<1.5 МеВ).

Див. також

• Радіоактивність

Примітки

1. Baum, E. M. et al. (2002). Nuclides and Isotopes: Chart of the nuclides 16th ed.. Knolls Atomic Power Laboratory (Lockheed Martin).

Посилання

• Кластерный распад — новое явление ядерной физики [Архівовано 22 Травня 2003 у Wayback Machine.] (стаття з соросівського журналу)

Портал «Фізика»