Альфа-распад

Тяжелые ядра энергетически нестабильны перед спонтанным испусканием альфа частицы (или ядра ⁴Не). Вероятность распада регулируется механизмом проникновения через потенциальный барьер, этот механизм описан в большинстве текстов по ядерной физике. Период полураспада наиболее используемых источников варьируется от нескольких дней до многих тысяч лет. Процесс распада можно схематически написать так

где X и Y – начальное и конечное ядро. Характерная схема альфа распада изображена на Рис.1.3. вместе с ожидаемым энергетическим спектром альфа частиц, испущенных при распаде.

Возникающие моноэнергетические альфа частицы относят к одной или нескольким энергетическим группам. Для каждого прямого перехода между первоначальным и конечным ядром (т.е. между основными состоянием и основным состоянием), фиксированная разница энергий (или Q) характеризует распад. Эта энергия поделена между альфа частицей и ядром отдачи единственным образом, так что каждая альфа частица возникает с одной и той же энергией равной Q(А-4)/А. Существует много примеров на практике, для которых существует только такой переход и в которых альфа частицы испускаются с единственной энергией. Другие примеры, такие как показаны на рис. 1.3., могут включать более одной энергии перехода, так что альфа частицы возникают группами с различными относительными интенсивностями.

В табл. 1.3. перечислены некоторые свойства наиболее распространенных радиоизотопных источников альфа частиц. Не случайно то, что энергии большинства альфа частиц заключены между 4 и 6 МэВ. Существует очень сильная корреляция между энергией альфа частицы и периодом полураспада исходного изотопа, альфа частицам с высочайшими энергиями соответствует наикратчайший период полураспада исходного изотопа. Если энергия частицы выше 6.5 МэВ, то период полураспада, как ожидается, будет примерно несколько дней, и поэтому полезность такого источника ограничена. С другой стороны, если энергия падает ниже 4 МэВ, то вероятность преодолеть потенциальный барьер будет очень малой, а период полураспада изотопа очень большим. Если период полураспада чрезвычайно высокий, то достигаемая удельная активность реального образца какого-то вещества становится очень малой, такой источник не интересен, т.к. его интенсивность очень низка.

Рис. 1.3. Группы альфа частиц, образованных при распаде ²³⁸Pu. Спектр амплитуд импульса демонстрирует три группы, как было измерено кремниевым детектором с поверхностным барьером. Каждый пик определяется благодаря его энергии, исчисляемой в МэВ, и распространённости в процентах (в круглых скобках). Вставленное изображение демонстрирует схему распада с энергетическими уровнями дочернего ядра, обозначенными в МэВ.

Возможно наиболее распространенный калибровочный источник для альфа - частиц это ²⁴¹Am, пример его применения для калибровки кремниевых твердотельных детекторов показан на рис. 11.15.

Альфа частицы быстро теряют энергию в веществе, поэтому чтобы источники альфа частиц были приблизительно моноэнергетическими, они должны изготавливаться в очень тонких слоях. Что касается содержания в себе радиоактивных материалов, то типичные источники покрываются металлической фольгой или другим материалом, который остается тонким, чтобы зафиксировать исходную энергию и моноэнергетическую природу излучения альфа частиц.