ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Аннигиляция позитронов и химия позитрония из "Сольватация, ионные реакции и комплексообразование в неводных средах" За последние несколько десятилетий на основе изучения аннигиляции позитронов создан новый метод исследования вещества. В основе метода лежит взаимодействие вещества с антиэлектроном, т. е. позитроном, одной из элементарных частиц антиматерии, наиболее доступной в земных условиях. Реакция аннигиляции позитронов чувствительна к химическим и физическим изменениям среды вследствие того, что при этом образуются атомы позитрония, которые ведут себя подобно химическим элементам. [c.161] При аннигиляции, происходящей при столкновении позитрона и электрона, могут образоваться один, два или три у-кванта, однако возможна аннигиляция и без образования у-квантов. Вероятность аннигиляции без образования или с образованием одного у-кванта крайне низка. Появление 2 или 3 у-квантов при аннигиляции в результате взаимодействия медленного позитрона и электрона зависит от параллельной или антипараллельной ориентации спинов двух сталкивающихся частиц. В момент их столкновения электрон-позитронная пара может находиться в триплетном или синглетном состояниях соответственно с параллельными или антипараллельными спинами, имея общий момент равным 1 или 0. В соответствии с законом сохранения четности из синглетного состояния может быть образовано лишь четное число у-квантов (например, 2), а из триплетного - лишь нечетное число у-квантов (например, 3). Вычисленное теоретически отношение вероятностей Зу- и 2у-аннигиляции равно 1 372. [c.162] Аннигиляция может иметь место не только при столкновении двух свободных частиц (так называемая свободная аннигиляция). Ей также может предшествовать образование связанного состояния между позитроном и нейтральными молекулами или ионами. И наконец, третьим, с химической точки зрения наиболее важным способом аннигиляции является путь, которому предшествует образование атома позитрония. [c.162] Позитронием (Рз) называют частицу, которая по структуре напоминает атом водорода, но вместо протона содержит позитрон и поэтому в 920 раз легче атома водорода. Таким образом, позитроний является простейшим химическим элементом, и его можно рассматривать как изотоп водорода. [c.162] Спин электрона, как и позитрона, равен 7г- Абсолютная величина магнитного момента позитрона и электрона одинакова, т. е. составляет 1 магнетон Бора, но у позитрона его знак положительный, и поэтому направление магнитного момента позитрона параллельно направлению его спина. Поэтому в зависимости от взаимной антипараллельной или параллельной ориентации спинов электрона и позитрона в атоме позитрония спин последнего может быть равным О или 1 (единиц й/2тс). В первом случае атом называют синглетным или пара-Рз ( 5о Рз), во втором - триплетным или орто-Рз ( 5о Рз). Первый аннигилирует на 2у-кванта, последний - на Зу-кванта. [c.162] Источниками парамагнитных частиц могут служить свободные радикалы или ионы переходных металлов с одним или несколькими неспаренными электронами. Однако четкой корреляции между эффективностью конверсии и числом неспаренных электронов парамагнитных частиц обнаружено не было. [c.163] Ранее было показано, что аннигиляция с отрывом является основным способом аннигиляции во всех типах материалов и во всех средах. Поскольку в данном случае позитрон атома позитрония аннигилирует с электронами окружающей среды, следует ожидать, что существует связь между скоростью аннигиляции и строением молекул среды, а также характером взаимодействий между ними. Отсюда может быть получена информация о строении жидкости. [c.165] Для водных растворов оксикислот было установлено, что аннигиляция с отрывом в основном зависит от их плотности, причем эта зависимость аддитивна [397]. Наоборот, исследования водно-метаноль-ных смесей и анализ имеющихся в литературе данных по другим водно-спиртовым растворам показали, что в этих случаях наблюдается значительное отклонение от аддитивности [267]. Между скоростью аннигиляции с отрывом и молярным объемом можно установить простую корреляцию, если допустить, что сечение аннигиляции является линейной функцией мольной доли в смеси, т. е. аддитивно АВ АВ = — ( а а - в в) в, где Х - константа скорости аннигиляции с отрывом, V - молярный объем, X - мольная доля индексы А и В относятся к индивидуальным чистым компоцеятам, а АВ -к смеси. В случае выполнения условия аддитивности дв ав изменяется линейно в зависимости от мольной доли, что имеет место в случае смесей диоксан - вода. Однако для смесей метанол - вода или какой-либо другой спирт — вода результаты обнаруживают значительное отклонение от линейности в сторону отрицательных величин. [c.165] Позднее было показано, что обнаруженная корреляция справедлива также и для смесей жидкостей [268]. Например, значения констант распада, измеренные в смесях метанол — вода и диоксан — вода, попадают на обычную кривую в точках, соответствующих поверхностному натяжению смесей. [c.166] Если рассматривать корреляцию с парахором (отражает аддитивную связь с молекулярным строением) [268], то вместо предыдущего уравнешя аддитивности лучше использовать соотношение Лдв Кдв = Кл - ( /лд Кд - Ув) в. Этому уравнению удовлетворяют также и данные для водно-метанольных смесей. [c.166] Была также установлена зависимость между скоростью аннигиляции с отрывом и температурой и вязкостью [268] корень квадратный из значения времени жизни, как было найдено, линейно зависит от абсолютной температуры и обратной вязкости. Таким образом, аннигиляция с отрывом как функция температуры и вязкости хорошо описывается даже в случае ассоциированных жидкостей, где неприменимы другие теории. [c.166] Эта модель первоначально использовалась для объяснения аномально высоких времен жизни позитрония в жидком гелии, имеющем по сравнению с газообразным состоянием высокую электронную плотность [140, 360]. В дальнейшем ее распространили на молекулярные жидкости с низким поверхностным натяжением [69, 70] и далее было показано [271], что она также применима и для описания поведения позитрония в водных растворах неорганических соединений с высоким поверхностным натяжением. [c.166] Исследование позитронной аннигиляции дает возможность детектирования делокализованных неспаренных электронов и определения спиновой плотности и, таким образом, позволяет определять изменения, происходящие в координационной сфере сольватных комплексов. Атом позитрония в этих исследованиях играет роль свободного радикала, и реакции, в которых он принимает участие, аналогичны реакциям свободных радикалов. [c.167] Вернуться к основной статье