Мир вокруг нас - "Этэрнус" - Страница 43

Рис. 184

Таблица 53 ^[8]

Наиболее долгоживущие изотопы полония

Примечание: жирным выделены изотопы с временем полураспада > 1,38×10¹⁰ лет

Рис. 185

Для следующего элемента, радона — то же самое, что и у полония-206, наблюдается уже с обеих сторон ядра: это видно на примере наиболее энерговыгодного изотопа, радона-210 ^[18], показанного на рис. 186.

Рис. 186

А наиболее стабильный изотоп радона, радон-222 — живёт уже всего около четырёх дней [8], и в отличие от изотопов полония, далеко отстоит в ряду изотопов, от наиболее энерговыгодного, радона-210 (в то время как для полония, наиболее долгоживущие изотопы (208, 209), соседствовали с наиболее энерговыгодным (206)). Вероятной простой причиной этому — является начало формирования у радона нового нейтронного моста на периферии ядра. Рассмотрим это подробнее:

Из табл. 54 видно, что от радона-210 до радона-222 — наблюдается сначала спад стабильности ядер (радон-212, -214), а затем рост стабильности, начиная с радона-216. Действительно, радон-216 может иметь хоть слабый, но новый нейтронный мост, см. рис. 187. Этот мост — очень слабый, т. к. нейтроны в нём связаны в два шага, а средний нейтрон — зажат в положении «два с половиной» шага (что было бы равно трём шагам, в отсутствие моста).

Таблица 54 ^[8]

Изотопы радона — от наиболее энерговыгодного, до наиболее стабильного

Рис. 187

Далее, нейтроны связываются уже в дальней части ядра, что даёт радон-218, -220, и наконец, радон-222, см. рис. 187. Как уже отмечалось, радон-222 — наиболее стабильный изотоп радона, но имеет время полураспада около четырёх дней, что соответствует структуре ядра со слабым, а не сильным, нейтронным мостом.

У элементов, следующих за радоном (и относящихся уже к 7-му (последнему) ряду таблицы Менделеева), — радия и тория, стабильность значительно растёт, что связано с постепенным превращением слабого нейтронного моста в обычный, за счёт добавляемых протонов. Рассмотрим это, подробнее:

Наиболее стабильный изотоп радия, радий-226 ^[8] — получается из наиболее стабильного, радона-222 — добавлением протонов в слабый нейтронный мост, см. рис. 188. Это добавление протонов — делает нейтронный мост почти полноценным. А образующиеся, при этом, кластеры трития, развёрнутые наружу — способны эффективно связать ещё пару дополнительных нейтронов, т. о. имеем радий-226, как наиболее стабильный изотоп (период полураспада — 1600 лет [8], что на порядки больше, чем у наиболее стабильного изотопа радона-222 (3,8235 дней)).

Далее, рассмотрим наиболее стабильные изотопы тория (табл. 55):

Торий-228, с временем полураспада 1,9116 года — получается добавлением протона в новый нейтронный мост радия-226, что наконец, превращает этот мост в сильный (хотя и увеличивает протоноизбыточность, для данного изотопа), см. рис. 189.

Рис. 188

Таблица 55 ^[8]

Наиболее долгоживущие изотопы тория

* в сумме (²⁴Ne + ²⁶Ne)

Рис. 189

Для ядра тория-228 свойственно явление кластерного распада, с вылетом кластера — ядра кислорода-20, см. табл. 55. Рассмотрим вероятный механизм этого явления:

На рис. 190 показано, как протон может, «виртуально» (временно), менять своё положение в ядре, в т. ч. создавать ситуацию расположения альфа-частицы на кластере трития, что запрещено в основном состоянии. Такой «виртуальный» переход протонов, показанный на рис., может происходить в верхней или нижней части ядра, или в обеих частях одновременно. В последнем случае — возможен распад, т. к. альфа-частицы периферийной области ядра, оказываются располагающимися на кластерах трития (что запрещено) и т. о. периферийная область ядра становится слабо связанной с остальным ядром, и может вылетать в виде кластера ²⁰O (рис. 190).

Рис. 190

Обратим внимание, что в итоге кластерного распада тория-228, образуется ядро свинца-208 (табл. 55), с выгодными кластерами трития на периферии (рис. 190).

Далее, по аналогии, можно рассмотреть и кластерный распад ядер предыдущего элемента, радия: Для ядер радия-221, -222, -223, -224 и -226, — экспериментально обнаружен кластерный распад с вылетом ядер углерода-14, см. табл. 56.

Таблица 56 ^[8]

Известные кластерные распады ядер радия

Механизм кластерного распада ядер радия легко представить аналогичным таковому для тория-228. Однако в связи с тем, что новый нейтронный мост в изотопах радия содержит меньше протонов, переход протонов, приводит к вылету более лёгкого кластера (= углерода, а не кислорода), см. рис. 191. На рис., на примере распадов радия-222–226, видно, что после вылета кластера углерода, остаётся, как и в случае распада тория-228, выгодное ядро свинца (= как уже говорилось, последнего элемента, имеющего стабильные изотопы).

Рис. 191

На примерах кластерного распада ядер радия и тория — видно, что наиболее слабым местом в ядре — оказывается альфа-частица, аналогичная невыгодной альфа-частице 3d-энергоуровня (т. е. пересекаемая плоскостью симметрии). Именно она и уходит из ядра, вместе с нуклонами, расположенными за ней.

При этом, также нужно заметить, что конец остающегося ядра — получается выгодным (с кластером трития), а само ядро (свинца) — оказывается в основном состоянии, или близком к основному, что подтверждается экспериментально, и характерно для кластерного распада, т. е. вылетающие кластеры — уносят всю или почти всю энергию распада [29].

Вернёмся теперь к наиболее стабильным изотопам тория, продолжим их рассмотрение (а также разбор кластерного распада, на их примере): На рис. 192 — показано вероятное строение ядра тория-230. Нейтроны периферических областей ядра, в нём можно было бы располагать по-разному, но мы их расположили чуть больше (на два) с дальней стороны ядра, т. к. нейтронного моста там давно не было.