Действительно, экспериментально показано, что a-излучение многих радиоактивных элементов состоит из нескольких групп a-частиц, энергии которых близки друг к другу («тонкая структура» a-спектра). В качестве примера на рис. 3 показан спектр a-частиц от распада

 (висмут-212).

  На рис. 4 изображена энергетическая схема a-распада

 на основное и возбужденные состояния конечного ядра

  Разность энергий между основной группой и линиями тонкой структуры составляет 0,04, 0,33, 0,47 и 0,49 Мэв. Экспериментально различить линии тонкой структуры a-спектров можно только с помощью магнитных альфа-спектрометров.

  Знание тонкой структуры спектров a-частиц позволяет вычислить энергию возбуждённых состояний конечного ядра.

  Некоторые радиоактивные изотопы испускают небольшое количество a-частиц с энергиями, гораздо большими, чем энергия основной группы a-частиц. Так, например, в спектре a-частиц от распада

 присутствуют две группы с энергиями на 0,7 и 1,9 Мэв больше, чем энергия основной группы. Интенсивность этих двух групп т. н. длиннопробежных a-частиц составляет всего ~ 10^-5 от полной интенсивности a-излучения. След одной из таких частиц виден на рис. 5. Существование длиннопробежных частиц связано с тем, что А.-р. могут испытывать ядра, находящиеся в возбуждённом состоянии (с большей энергией).

  Многие основные понятия атомной и ядерной физики обязаны своим происхождением изучению a-радиоактивности. Теория А.-р., предложенная в 1928 Г. Гамовым и независимо от него Г. Герни и Э. Кондоном, явилась первым применением квантовой механики к ядерным процессам. Изучение рассеяния a-частиц привело к понятию об атомном ядре как центре массы и положительного заряда атома. Облучение a-частицами лёгких элементов привело к открытию ядерных реакций и искусственной радиоактивности.

  Лит.: Глесстон С., Атом. Атомное ядро. Атомная энергия, пер. с англ., М., 1961; Гольданский В. И., Лейкин Е. М., Превращения атомных ядер, М., 1958.

  В.С. Евсеев.

Рис. 5. Фотография следа длиннопробежной a-частицы (справа) от распада полония-212.

Рис. 2. Потенциальная энергия взаимодействия a-частицы с конечным ядром. V — высота потенциального барьера, В — его ширина, Е — энергия a-частицы, r — расстояние от центра ядра.

Рис. 3. Спектр a-частиц от распада висмута-212. Высота линий соответствует вероятности испускания a-частиц с данной энергией.

Рис. 1. Фотографии следов a-частиц в камере Вильсона, a-частицы испускаются источником АсС + АсС'. На рис. видны 2 следа от a-частиц, испускаемых АсС'. Эти частицы имеют больший пробег (6,6 см), чем a-частицы АсС (5,4 см).

Рис. 4. Энергетическая схема a-распада висмута-212. Максимальная энергия

a-частиц соответствует переходу в основное состояние, a₁, a₂, a₃ и a₄ — альфа-частицы, испускаемые при переходе конечного ядра в одно из возбуждённых состояний.

Альфа-спектрометр

А'льфа-спектро'метр, прибор для измерения энергии a-частиц, испускаемых радиоактивными ядрами (см. Альфа-распад). Принцип действия А.-с. основан либо на магнитном анализе a-частиц (магнитные А.-с.), либо на исследовании их ионизующего действия (ионизационные камеры).

  Магнитный А.-с .— вакуумный прибор, в котором испускаемые каким-либо источником a-частицы проходят через магнитное поле, перпендикулярное направлению их движения, отклоняясь под действием этого поля на различные углы, в зависимости от того, какова величина их энергии.

  Траектории заряженных частиц, движущихся в однородном поперечном магнитном поле, представляют собой окружности. Радиус окружности г, импульс частиц р и магнитная индукция В связаны между собой соотношением ср/е = Br, где с — скорость света, е — заряд a-частицы. Зависимость r от импульса р позволяет производить анализ a-частиц по энергии, так как группы вылетевших из источника a-частиц, обладающих различной энергией, после прохождения через магнитное поле собираются (фокусируются) в разных местах коллектора (детектора). В качестве детекторов a-излучения в магнитных А.-с. обычно применяются фотопластинки. Обработка результатов измерения производится путём счёта числа треков (следов a-частиц) под микроскопом.

  На рис. 1 приведена схема движения a-частиц в магнитном А.-с.

  Отличительная черта a-спектров — близкое расположение линий, часто сильно отличающихся по интенсивности. Так, при энергии a-частиц 5—6 Мэв линии a-спектра отстоят иногда друг от друга всего на 20—30 кэв, т. е. всего на 0,1—0,2% по импульсу, причём интенсивность одной из линий может в десятки и даже в сотни раз превосходить интенсивность соседней. Поэтому А.-с. должны обладать очень высокой разрешающей способностью (способностью разделять близкие линии спектра). С другой стороны, в a-спектрометрии приходится работать с очень тонкими источниками, так как слои толщиной ~ 10 г/см² уже заметно искажают форму a-линий. Таким образом, А.-с. должны представлять собой приборы, приспособленные для исследования слабых активностей. Магнитные А.-с. обладают очень высоким разрешением и очень небольшой светосилой (величиной рабочего телесного угла, в котором расположены траектории a-частиц). Они применяются для исследования ядер с периодом полураспада <10⁵—10⁶ лет.

  На рис. 2 приведена схема одного из современных магнитных А.-с. (вертикальный разрез). Масса прибора 4,5 т, диаметр средней траектории a-частиц 1 м, светосила 2•10^-4 от полного телесного угла 4p, разрешение 7,5 кэв.

  Ионизационные А.-с. при низкой разрешающей способности (25—30 кэв) имеют очень большую светосилу (близкую к 2p). С их помощью можно исследовать долгоживущие ядра и ядра новых элементов, даже если число этих ядер составляет всего несколько десятков. Ионизационный А.-с. обычно представляет собой импульсную ионизационную камеру, наполненную аргоном.

  На А.-с. производится обычно не абсолютное измерение энергии a-частиц, а сравнение их энергии с энергией a-частиц, испускаемых веществом, спектр которого хорошо изучен (например, ²¹⁰Ро, который испускает a-частицы с энергией » 5,3 Мэв). Измерение энергии а-частиц может производиться также по полному пробегу a-частиц по создаваемой ими полной ионизации и др.

Рис. 2. Вертикальный разрез магнитного a-спектрометра (схема): 1 — сердечник; 2 и 3 — крышки; 4 и 5 — полюсные наконечники; 6 — катушка; 7 и 8 — латунные цилиндры, образующие стенки вакуумной камеры; 9 — вакуумная камера; 10 — источник; коллектор не попадает в разрез.