Мир вокруг нас

Итак, мы рассмотрели распады изотопов водорода, в связи с наглядными представлениями о внутренней структуре этих ядер. Пути распада, как видно — вытекают из структуры ядер, также как и соотношения времён жизни между изотопами.

Распады изотопов гелия

Теперь можно перейти к рассмотрению и реакций распада ядер изотопов гелия. Во многом, они дублируют те закономерности, что мы видели у изотопов водорода, но есть и существенные отличия, обусловленные наличием второго протона, из-за которого, нейтроны в изотопах гелия становятся связаны более сильно, а реакции с вылетом нейтронов, у некоторых изотопов, аналогичных изотопам водорода — становятся нехарактерными (см. табл. 2). Итак, рассмотрим реакции распада изотопов гелия, чтобы увидеть, как влияет увеличение связанности нейтронов (т. е. добавление протона) на эти реакции. Итак, по порядку:

Гелий-3 и гелий-4 — стабильны, т. к. все нуклоны в них находятся на наиболее выгодном (базовом) уровне, и расположены в соответствии с правилом о выгоде наиболее близкого расположения кварков (т. е. граней) нуклонов; кроме того, гелий-4 является полностью замкнутой фигурой. Любой распад этих ядер т. о. — невыгоден.

Гелий-5 — уже быстро распадается (период полужизни — всего 7x10^–22 сек). Этот изотоп — испускает нейтрон, превращаясь в стабильный гелий-4. Механизм распада, в целом — аналогичен распаду изотопа водорода-4, см. рис. 46. На рис. видно, что в этом процессе, один из нижних нейтронов — изменяет спин (т. е. переворачивается), и переходит в базовое положение, образуя альфа-частицу (кор), где кварки этого нейтрона более близко расположены к протонам и другому базовому нейтрону, что усиливает его связь с последними. Второй нижний нейтрон, при этом — становится слабосвязанным (ядру он невыгоден из-за отсутствия сил спаривания). Поэтому этот лишний нейтрон — вылетает (так же переходя на низший (базовый) энергоуровень, но уже вне ядра, т. е. в свободное состояние).

Рис. 46

В следующем изотопе, гелии 6, нейтронам — некуда переворачиваться: более выгодные (базовые) положения в ядре — уже заняты другими нейтронами. В то же время, переход обоих нейтронов в базовое состояние вне ядра — в отличие от изотопа водорода-5, становится уже невыгоден (из-за наличия дополнительного протона). Кроме того, если один из нейтронов распадётся на протон, то получится стабильное ядро лития 6, что энергетически выгодно (о чём, подробнее — позже), и наблюдается в большинстве (99,99 %) распадов гелия-6, см. рис. 47. Поэтому, этому изотопу — приходится ждать, пока один из его гало-нейтронов не распадётся на протон, электрон и антинейтрино (b^– распад). Время распада, вследствие этого, оказывается огромно, по сравнению с ядром водорода-5: так, гелий-6 — существует около секунды (806,9 мс), а водород-5 — лишь примерно (более) 9,1x10^–22 сек. Также, это время жизни примерно в миллиард миллионов миллионов раз длиннее, чем у гелия-5 (7x10^–22 сек), в котором, для распада, достаточно перехода нейтрона из более высокоэнергетичного положения в базовое, которое в этом ядре свободно (после чего, другой нейтрон, легко переходит в базовое положение вне ядра).

Рис. 47

Далее: В ничтожных 1,7x10^–4 % случаев, b^– распад гелия 6 может приводить не к литию-6, а к двум осколкам — гелию-4 и дейтерию. Это можно представить через промежуточную («виртуальную») стадию на рис. 48. При этом, нужно учесть, что значимая часть энергии b^– распада тут передаётся, в конечном итоге, не электрону и антинейтрино, а осколкам — ядру дейтерия и гелия-4, благодаря чему и возможен такой канал распада (в то время как сам литий-6, который угадывается, хотя и в возбуждённом, а не основном состоянии, в «виртуальной» стадии — в своём обычном (основном) состоянии, как известно и уже говорилось — стабилен).

Рис. 48

Далее: Гелий-7 (похожий по строению на водород-6, и тоже содержащий тринейтрон) — имеет время жизни 3,1x10^–21 сек, т. е. немного выше, чем у гелия-5, несмотря на свою более высокую нейтроноизбыточность (это одно из проявлений т. н. гелиевой аномалии, уже объяснявшейся для случая водорода-6 / гелия-7 — ранее).

Распад гелия-7, несмотря на сходство этого ядра с изотопом водорода-6, происходит не с вылетом трёх нейтронов: Гелий-7 — распадается с вылетом только одного нейтрона, т. к. связь нейтронов в гелии-7 — выше, чем в водороде 6, и вылет сразу трёх нейтронов — невыгоден. Механизм реакции распада ядра гелия-7 — показан на рис. 49. Как видно, один из нижних нейтронов, тут — переворачивается, занимая конфигурацию в образующейся т. о. альфа-частице (= сердцевине будущего гелия-6); при этом, самый верхний нейтрон в тринейтроне — становится несвязанным (т. к. присоединён к гало-нейтрону), и переходит (минуя сразу два энергоуровня), в базовое состояние вне ядра (т. е. вылетает, унося энергию распада, в виде импульса).

Рис. 49