Альфа частицы и вообще...

[fred1996]

Своих школьников я учу как написано в книжках, что существуют три типа спонтанных распадов (радиоактивных излучений) изотопов.
Ученики ввиду новизны материала лишних вопросов пока не задают, а у меня уже накопилось.

1. Почему из ядра вылетает только $\alpha$-частица и никакие другие сочетания протонов-нейтронов. Когда мы например смотрим на схему распада $^2^3^8 U$, справочник нам выдает 8 $\alpha$-распадов и 7 $\beta^-$-распадов вплоть до $^2^0^6 Pb$
Значит ли это, что ядро атома гелия (2 протона-2 нейтрона) какое-то сверхстабильное ядерное образование, которое как-бы является основным кирпичиком, формирующим ядра? Ну а чтобы эти кирпичики не развалились под действием кулоновских сил, в тяжелые ядра еще нужно накидать дополнительных нейтронов? В принципе еще можно понять, почему из ядра не вылетают отдельные нейтроны. А вот почему не вылетают отдельные протоны? Даже если в ядре их нечетное количество и у одного не найдется пары для образования устойчивой альфа частицы? Почему не могут вылететь сразу ядра лития или берилия? Даже если было подряд несколько альфа распадов, когда в представленной цепочке $^2^3^4 U$ превращается в $^2^1^4 Pb$ в результате 5 альфа распадов?
Что это за такой ядерный детерминизм?
Когда у нас в атоме электрон пересакивает с одного энергетического уровня на другой, он может скакать через несколько уровней сразу. А в ядре это запрещается.
Связано ли это как-то с временем полураспада, которое обычно на уйму порядков дольше чем время существования электрона в возбужденном состоянии в атоме?

2. Насколько стабильны стабильные изотопы? Их порядка 300 из общего числа 3000 полученных в лабораториях. Пока считается, что протон сверхстабильная частица, распад которой в свободном состоянии еще никем не наблюдался.
А насколько стабилен $^4_2 He$ и прочие химические элементы?

[AnatolyBa]

Мухин. Экспериментальная ядерная физика. Книга 1. глава 20.
Там много разных радиоактивностей описано. Нейтронная, протонная, тритиевая, углеродная, неоновая,...

[DimaM]

fred1996 в сообщении #1191370 писал(а):

А вот почему не вылетают отдельные протоны?

Изредка вылетают, у протонно-избыточных ядер. Хотя чаще у них встречается $\beta^+$-распад или К-захват.

fred1996 в сообщении #1191370 писал(а):

Почему не могут вылететь сразу ядра лития или берилия?

Потому что у них малая энергия связи, так что ЗСЭ такого не позволяет. А вот ядра углерода-кислорода-неона-вплоть до кремния вполне себе вылетают (кластерный распад). Вылетают и более тяжелые, но это уже зовется спонтанным делением .

fred1996 в сообщении #1191370 писал(а):

Что это за такой ядерный детерминизм?

Таблица или график энергии связи разных изотопов определенно может спасти гиганта мысли.

fred1996 в сообщении #1191370 писал(а):

Пока считается, что протон сверхстабильная частица, распад которой в свободном состоянии еще никем не наблюдался.
А насколько стабилен $^4_2\mathrm{He}$ и прочие химические элементы?

Считается, что полностью стабильны (с точностью до распада протона, буде он в составе ядра энергетически возможен).

[Alex-Yu]

fred1996 в сообщении #1191370 писал(а):

Почему не могут вылететь сразу ядра лития или берилия?

Как уже сказали, иногда вылетают. Я же хочу отметить, что для того чтобы вылететь, той же альфа-частице нужно протунелировать через энергетический барьер. А вероятность тунелирования тем меньше (причем экспоненциально меньше!), чем массивнее частица. Так что процессы с вылетом более массивных комплексов очень сильно (экспоненциально!) подавлены.

Правда, это не объясняет почему не вылетают (во всяком случае часто не встречается) частицы ЛЕГЧЕ чем альфа. Не знаю, в этой узкой области я не специалист. Может (?) потому что вылетают слишком быстро, ядро с такой радиоактивностью просто не успевает хоть чуть-чуть посуществовать, чтобы его можно было заметить? Ну разве что только в виде резонанса можно заметить, но их (резонансы) обычно не отождествляют с радиоактивными ядрами.

Кстати, хорошо известно, что при делении урана образуются запаздывающие нейтроны (что-то время порядка одной или даже нескольких секунд). Чем не нейтронная радиоактивность продуктов деления? Вот только подержать в руках кусок материала с такой радиоактивностью не получится. Пока это из отработанного ядерного топлива выделишь, все давным-давно распадется. Механизм такого распада, судя по всему, должен быть не тунельный, у нейтрона заряда нет.

[Munin]

fred1996 в сообщении #1191370 писал(а):

Значит ли это, что ядро атома гелия (2 протона-2 нейтрона) какое-то сверхстабильное ядерное образование

Да, в общем, сверхстабильное.

Причём это довольно просто: протоны и нейтроны - фермионы. На нижнем уровне возможно два фермиона одного сорта, вот и получается $2p 2n=\alpha.$

fred1996 в сообщении #1191370 писал(а):

которое как-бы является основным кирпичиком, формирующим ядра?

Нет, она сама кирпичиком не является. А вот энергетические уровни по две частицы - да, это "кирпичик". В общем, читайте Мухина!

fred1996 в сообщении #1191370 писал(а):

Когда у нас в атоме электрон пересакивает с одного энергетического уровня на другой, он может скакать через несколько уровней сразу. А в ядре это запрещается.

Нет, не запрещается, просто такие ядра очень трудно готовить.

-- 10.02.2017 13:51:44 --

График, чего из каких ядер вылетает, называется "таблица нуклидов", и в своей самой свежей версии гуглится в интернете. Хотя для того, чтобы его читать, полезно всё-таки знать Мухина.

[DimaM]

Alex-Yu в сообщении #1191429 писал(а):

Правда, это не объясняет почему не вылетают (во всяком случае часто не встречается) частицы ЛЕГЧЕ чем альфа. Не знаю, в этой узкой области я не специалист. Может (?) потому что вылетают слишком быстро, ядро с такой радиоактивностью просто не успевает хоть чуть-чуть посуществовать, чтобы его можно было заметить? Ну разве что только в виде резонанса можно заметить, но их (резонансы) обычно не отождествляют с радиоактивными ядрами.

Сдается мне, тут простые энергетические соображения: у таких частиц энергия связи мала, то есть у исходного ядра должна быть еще меньше, чтоб частица могла вылететь. Вы примерно это же другими словами расписали.