Кластерний розпад

Кла́стерний ро́зпад, кла́стерна радіоакти́вність — вид радіоактивного розпаду, явище самовільного випромінювання важкими атомними ядрами ядерних фрагментів (кластерів), важчих ніж α-частинка.

Експериментально виявлено 25 ядер від ¹¹⁴Ba до ²⁴¹Am, що випромінюють з основних станів кластери типу ¹⁴С , ²⁰О, ²⁴Ne, ²⁶Ne, ²⁸Mg, ³⁰Mg , ³²Si і ³⁴Si. Енергія відносного руху кластера, що вилітає, та дочірнього ядра Q лежить у межах від 28 до 94 МеВ і у всіх випадках є помітно меншою від висоти потенціального бар'єру V_B. Таким чином, кластерний розпад, як і альфа-розпад, зумовлений тунельним ефектом — забороненим у класичній фізиці проходженням частинки крізь потенціальний бар'єр.

Історія відкриття

Кластерна радіоактивність була відкрита в 1984 році дослідниками Оксфордського університету, які зареєстрували випускання ядра вуглецю ¹⁴C ядром радію ²²³Ra, що відбувалося в середньому один раз на 10⁹ альфа-розпадів. Проте вже значно раніше зустрічалися спроби знайти в продуктах спонтанних радіоактивних розпадів важкі частинки, що перевищують за масою ядра гелію-4. Так, ще в 1914 році Ернест Резерфорд і П. Робінсон поставили перший експеримент: ними було визначено, що навіть якщо такі частки й випускаються, то їхнє число не може перевищувати 1/10 000 частини від кількості вилітаючих частинок.

Відомі канали розпаду

Відомі кластерні розпади і їх ймовірність по відношенню до основної моди розпаду материнського ядра наведені в таблиці .^[1]

Материнське ядро	Вилітаючий кластер	Відносна ймовірність розпаду
114Ba(інші мови)	12C	~3,0× 10−3
221Fr(інші мови)	14C	8,14× 10−13
221Ra	14C	1× 10−12
222Ra	14C	3,07× 10−10
223Ra(інші мови)	14C	8,5× 10−10
224Ra	14C	6,1× 10−10
226Ra	14C	2,9× 10−11
225Ac(інші мови)	14C	6× 10−12
228Th	20O Ne	1× 10−13  ?
230Th	24Ne	5,6× 10−13
231Pa(інші мови)	23F 24Ne	9,97× 10−15 1,34× 10−11
232U	24Ne 28Mg	2× 10−12 1,18× 10−13
233U	24Ne 25Ne 28Mg	7× 10−13   1,3× 10−15
234U	28Mg 24Ne 26Ne	1× 10−13 9× 10−14
235U	24Ne 25Ne 28Mg 29Mg	8× 10−12   1,8× 10−12
236U	24Ne 26Ne 28Mg 30Mg	9× 10−12   2× 10−13
236Pu	28Mg	2× 10−14
238Pu	32Si 28Mg 30Mg	1,38× 10−16 5,62x10−17
240Pu	34Si	6× 10−15
237Np(інші мови)	30Mg	1,8× 10−14
241Am	34Si	2,6× 10−13
242Cm(інші мови)	34Si	1× 10−16

Кластерний розпад кінематично дозволений для набагато більшого числа важких ізотопів, однак імовірність у більшості випадків настільки мала, що знаходиться за межами досяжності для реальних експериментів. Це викликано експоненціальним зменшенням проникності потенціального бар'єру при зростанні його ширини і / або висоти.

Інші особливості кластерного розпаду

Кластерний розпад можна розглядати як процес, у деякому сенсі проміжний між альфа-розпадом і спонтанним поділом ядра. Досить добре експериментально і теоретично вивчені приклади кластерного розпаду дозволяють встановити його основні закономірності:

• Всі відомі на сьогоднішній день ядра, схильні до кластерного розпаду, належать до області важких ядер з масовими числами А > 208.
• Зарядові Z_f і масові A_f числа дочірніх ядер, що виникають при вилітанні кластерів з важких ядер, лежать у вузьких областях: 80 <Z_f <82, 206 <A_f <212.
• Кінетична енергія частинки, що вилітає, близька до так званої кінематичної межі, це означає, що вона забирає майже всю енергію розпаду. Отже, після здійснення розпаду дочірнє ядро залишається або в основному, або в збудженому стані, але з невисокою енергією збудження Е (Е<1.5 МеВ).

Див. також

• Радіоактивність