Протонная радиоактивность. 
Атомная и ядерная физика: радиоактивность и ионизирующие излучения

Протонная радиоактивность — самопроизвольный распад нейтронодефицитных ядер с испусканием протона, проникающего сквозь кулоновский электростатический барьер путём туннельного эффекта. Этот вид распада приводит к уменьшению заряда и массового числа на единицу.

Трудности наблюдения протонной и двупротонной радиоактивности обусловлены двумя факторами: коротким (по сравнению с другими типами радиоактивности) временем жизни р- и 2р-радиоактивных ядер, и сильным в них дефицитом нейтронов. Получение таких нуклидов возможно лишь в ядерных реакциях, сопровождающихся вылетом большого числа нейтронов и поэтому маловероятных.

К настоящему времени открыты четыре типа протонной радиоактивности: i) эмиссия запаздывающих протонов (ЗП) возбуждёнными дочерними ядрами, образовавшимися в результате p-распада ядер (р⁺) или электронного захвата; 2) протонный распад изомеров, происходящий, если энергия возбуждения изомера превышает энергию связи протона; з) протонный распад ядра из основного состояния, аналогичный ot-распаду; 4) пересыщенные протонами ядра, чётные по Z, за счёт спаривания протонов могут оказаться нестабильными, испуская два протона одновременно.

К настоящему времени открыто более юо ЗП-излучателей, самый лёгкий из которых ⁹С (Г=о, 13 с), самый тяжёлый ^{, 8}^Hg (Т=8,8 с). Величина Т лежит в пределах от 8,9*10*3 с (*зО) до 70 с (94RI1). Она определяется периодом рраспада исходного ядра, т. к. распад протонно-нестабильных состояний промежуточного ядра происходит за времена t~io*^{, 4}-io*¹⁶ с. Протонно-активный изомер 5з""Со (пока единственный), полученный в реакции ⁵⁴Fе (р, 2п)5зСо, с Г=247 мс испускает протон с ?=1.59 МэВ. Испускание протонов здесь происходит из изомерного состояния ядра м^щСо с энергией.

3.19 МэВ с образованием конечного ядра 52Fe в основном состоянии.

Рис. 22. Протонная радиоактивность изомерного состояния ^^шСо.

Основной вид распада из изомерного состояния — р⁺-распад. Позитронный распад ядра 53""Со — сверхразрешённый, т. к. образующееся в результате р⁺-распада ядро 53Fe является «зеркальным» по отношению к ззСо. Доля распадов с испусканием протонов составляет 1.5%, что соответствует парциальному периоду полураспада 16 с.

Зеркальные ядра — пара ядер, отличающихся тем, что при одинаковом суммарном числе нейтронов и протонов число нейтронов в одном из них равно числу протонов во втором, т. е ядра изобары, переходящие друг в друга при замене протонов нейтронами и нейтронов протонами. Пример: ядро трития PH, содержащее 1 протон и 2 нейтрона, и ядро jHe, содержащее 2 протона и 1 нейтрон. Вследствие зарядовой независимости ядерных сил зеркальные ядра имеют сходные спектры возбуждённых состояний, одинаковые значения спина, чётности и изоспина.

Для сильно нейтроннодефицитных ядер протонный распад из основного состояния более вероятен, чем эмиссия ЗП. Из-за эффекта спаривания протонов он оказывается возможным сначала у нечётных ядер. Впервые слабая протонная активность наблюдалась при облучении 96Ru пучком 32S. Примером является протонная радиоактивность основного со*s"Lu распадается с периодом Г=8б мс, выбрасывая протоны с энергией 1.19 МэВ.

стояния лютеция-151 и тулия-147. В настоящее время обнаружено более 30 изотопов, распадающихся из основного состояния по этому каналу.

wLu образуется по реакции, идущей с образованием составного ядра.

Схема распада:

aside class="viderzhka__img" itemscope itemtype="http://schema.org/ImageObject">

При ещё более значительном нейтронном дефиците для чётных по Z ядер за счёт спаривания протонов теоретически возможен вылет протонной пары. Пока это явление не обнаружено. Схема испускания радионуклидом двух запаздывающих протонов приведена на рис. 23. Исходное ядро (Z, N) в результате р⁺-распада или электронного захвата превращается в ядро (Z-i, N+i). Если энергия возбуждения ?" ядра (Z-i, N+i) больше энергии отделения протона, то открыт канал распада возбужденного состояния ядра (Z-i, N+i) с испусканием протона.

Рис. 23. Испускание двух запаздывающих протонов при р⁺-распаде ²²А1: а — спектры протонов в режиме совпадений, б — цепочка распадов ²²А1.

Примеры испускания запаздывающих протонов:

Причиной двупротонной радиоактивности служит спаривание в ядре протонов с противоположно направленными спинами, сопровождающееся выделением энергии ~2 МэВ. В результате этого испускание из ядра одновременно пары протонов может потребовать затраты меньшей энергии, чем требуется для отрыва их друг от друга. Иногда процесс идёт даже с выделением энергии (причём за время >ю*¹² с), тогда, как испускание одиночного протона потребовало бы, наоборот, затраты энергии.

Сейчас известен двупротонный распад возбужденного состояния ядра (7.77 МэВ), образовавшегося в реакции *3N (p, y).