Атомно-молекулярные последствия радиоактивного распада

Любой процесс радиоактивного распада, за исключением изомерного перехода, приводит к изменению заряда ядра. При этом, на первый взгляд, выброс ядром аили р-частицы не затрагивает электронных оболочек атома: двигаясь со скоростью ~ 10 — 10s м/с, частицы покидают атом настолько быстро, что взаимодействием между ними и атомными электронами можно пренебречь. В связи с этим можно предположить, что после рили а-распада дочерний атом будет представлять собой отрицательный, а после рраспада — положительный ион, так как в первом случае на атомных оболочках остаются «лишние» электроны (один или два), а во втором, напротив, имеет место нехватка одного электрона.

Из тех же соображений можно ожидать, что после электронного захвата дочерний атом будет электрически нейтральным.

В действительности образования отрицательных ионов после радиоактивного распада не наблюдается вообще. Так, например, после Р'-распада ⁷⁹Кг дочерний ⁹Вг имеет положительный заряд: от +1 до +13. В то же время ^S,Rb после Рраспада ⁸⁵Кг также образуется в состоянии многократно заряженного положительного иона: до +10. Наконец, при электронном захвате ³ Аг дочерний ^{, 7}С1 с наибольшей (около 40%) вероятностью оказывается в состоянии С1³⁺.¹

Причина образования после распада положительных ионов заключается в том, что «мгновенное» изменение заряда ядра возмущает атомные электронные уровни (эффект встряски). Если рассматривать этот процесс с точки зрения квантовой механики, уровни дочернего атома (иона) после распада уже не будут являться стационарными. В частности, увеличение Z должно приводить к более сильному связыванию внутренних электронов с ядром, а уменьшение — наоборот, к более слабому. Тем не менее, конечное состояние системы должно быть одним из стационарных состояний дочернего атома (иона). Возмущение, вносимое в систему изменением заряда ядра, может приводить к возбуждению и даже к ионизации дочернего атома. Необходимая для этого энергия — это некоторая (небольшая) доля энергии испускаемой ядром частицы. Вероятность ионизации обратно пропорциональна квадрату эффективного атомного номера материнского ядра Z, значение которого меньше действительного Z вследствие экранирования ядра внутренними электронами.^[1][2]

При электронном захвате (как и при внутренней конверсии у-квантов) эффект встряски играет второстепенную роль. Ионизация дочернего атома здесь вызвана, главным образом, испусканием им самим электронов Оже.

Распад радиоактивных ядер в составе молекул приводит к образованию положительных молекулярных ионов, при этом последние могут диссоциировать. Так, при распаде радиоуглерода в ^|4С0₂ образуются (N0₂)~, (N0₂)²⁺, (NO)⁺, (NO)^[2]', O', 0²⁺, N⁺, N^[2]' и даже О/. Диссоциация дочерних молекул объясняется, с одной стороны, возможностью электронов образовать молекулярные орбитали, не соответствующие связанным состояниям, с другой — кинетической энергией ядер отдачи, часть которой может пойти на разрыв химических связей.

• [1] Приведенные здесь данные не случайно относятся к радиоактивным инертным газам, так как в этомслучае наблюдаемый эффект не искажается химическим взаимодействием.
• [2] Эффектом экранирования объясняется, в частности, то, что электроны при ионизации с наибольшейвероятностью отрываются с внешних оболочек атомов, для которых значения Z' максимальны.
• [3] Эффектом экранирования объясняется, в частности, то, что электроны при ионизации с наибольшейвероятностью отрываются с внешних оболочек атомов, для которых значения Z' максимальны.
• [4] Эффектом экранирования объясняется, в частности, то, что электроны при ионизации с наибольшейвероятностью отрываются с внешних оболочек атомов, для которых значения Z' максимальны.