معادلة اضمحلال بيتا

تحلل بيتا ينتج من ثلاث عمليات تفكك إشعاعي تقوم من خلالها بعض النوى الذرية غير المستقرة بتفكيك الطاقة الزائدة بشكل عفوي، وتخضع لتغيير وحدة واحدة من الشحنة الموجبة دون أي تغيير في عدد الكتل، والعمليات الثلاثة هي انبعاث الإلكترون والإرسال البوزيتروني أي الإلكترون الإيجابي، والتقاط الإلكترون، وقد ذكر إرنست رذرفورد اسم إضمحلال بيتا عام 1899 عندما لاحظ أن النشاط الإشعاعي ليس ظاهرة بسيطة، وودعا أقل ألفا الأشعة اختراق وأكثر من الأشعة اختراق بيتا، ويتم إخراج معظم جسيمات بيتا بسرعات تقترب من الضوء .

ما هو اضمحلال بيتا

هي قوة قوية تربط الجسيمات معا من خلال الكواركات الملزمة داخل البروتونات والنيوترونات، وتربط بشكل غير مباشر البروتونات والنيوترونات معا لتشكيل نوى، ومع ذلك يمكن أن تتفكك النواة أو تتحلل بشكل طبيعي في العملية المعروفة باسم النشاط الإشعاعي، ونوع واحد من

النشاط الإشعاعي

يسمى تسوس بيتا ، والذي فيه نواة تنبعث منها إلكترون وبالتالي يزيد من شحنتها الإيجابية الصافية بوحدة واحدة وقد عرف منذ أواخر تسعينيات القرن التاسع عشر، ولكن فقط مع اكتشاف النيوترون في عام 1932 يمكن أن يبدأ الفيزيائيون في فهم ما يحدث في هذه العملية الإشعاعية بشكل صحيح .

تحلل أو معادلة بيتا

التسوس

يحول التفاعل ضعيف النواة الذرية إلى نواة مع زيادة العدد الذري بأحد بينما ينبعث إلكترونا، والإلكترون يحدث الاضمحلال بشكل عام في نواة غنية بالنيوترونات، والمعادلة العامة هي : A ZX → A Z + 1X’+ e− + νe  .

حيث A و Z هما الرقم الشامل والعدد الذري للنواة المتحللة، و X و X’هما العنصران الأولي والنهائي على التوالي، ومثال آخر هو عندما يتحلل النيوترون الحر 10 ن بالتحلل في بروتون p: n → p + e− + νeعلى المستوى الأساسي يحدث بسبب تحويل الكوارك النزولي المشحون سالبا إلى الشحنة الكوارزية المشحونة بواسطة انبعاث من البوزونوW و يتحلل البوزون W في وقت لاحق إلى إلكترون .

طبيعة اضمحلال بيتا

تحتوي جميع الذرات أثقل من

الهيدروجين

العادي على نواة تتكون من نيوترونات وبروتونات وهي جزيئات محايدة وموجبة إيجابيا، على التوالي، وتكون محاطة بالإلكترونات السالبة، ولا تشارك هذه الالكترونات المدارية في انبعاث الإلكترون المرتبط بتحلل بيتا في انبعاث الإلكترون وتسمى أيضا تسوس بيتا سلبي وترمز β −-decay ، وهي نواة غير مستقرة تنبعث منها إلكترون حيوي أي كتلة صغيرة نسبيا ومضاد للنتروتين مع كتلة صغيرة أيضا، ويصبح النيوترون في النواة، وهكذا يؤدي تسوس بيتا السلبي إلى نواة صغيرة، ورقم البروتون أي العدد الذري يكون أكثر من أصله، ولكن العدد الكلي للنيوترونات والبروتونات هو نفسه، وعلى سبيل المثال يتحلل الهيدروجين -3 العدد الذري 1 ، الكتلة العدد 3 إلى

الهيليوم

-3 العدد الذري 2 ، العدد الشامل 3، ويتم تقاسم الطاقة المفقودة من النواة من قبل الإلكترون و antineutrino ، بحيث أن جسيمات بيتا الإلكترونات لديها طاقة تتراوح من صفر إلى أقصى حد متميز هو خاصية النواة غير المستقرة .

انبعاث البوزيترون

يطلق عليه أيضًا تسوس بيتا الإيجابي β + -decay ، يتحلل بروتون في النواة الأصلية في نيوترون يبقى في نواة صغيرة، وتطلق النواة نيوترينو وبوزيترون ، وهو جسيم إيجابي مثل الإلكترون العادي في الكتلة، وهكذا ينتج تسوس بيتا الإيجابي للنواة الصغيرة، ويكون العدد الذري لها أقل من رقمه الأصلي والعدد الكتلي له هو نفسه، وتمت ملاحظة انبعاث البوزيترون لأول مرة من قبل Irène و Frédéric Joliot-Curie في عام 1934 .

الإلكترون في اضمحلال بيتا

في احتجاز الإلكترونات، يتحد إلكترون ويدور حول النواة مع بروتون نووي لإنتاج نيوترون ويبقى في النواة ، وينبعث ونيوترينو، والأكثر شيوعا هو الإلكترون الذي يتم التقاطه من الأعمق K ، أو قذيفة من الإلكترونات حول

الذرة

، لهذا السبب غالبا ما يطلق على هذه العملية اسم K-capture كما هو الحال في انبعاث البوزيترون، وتتناقص الشحنة النووية الإيجابية وبالتالي يقل العدد الذري بوحدة واحدة، ويظل العدد الكتلي كما هو .

يتكون كل عنصر كيميائي من مجموعة من النظائر التي تحتوي نواتها على نفس عدد البروتونات ولكنها تختلف في عدد النيوترونات داخل كل مجموعة، وتكون نظائر الكتلة المتوسطة مستقرة أو على الأقل أكثر استقرارا من البقية، وبالنسبة لكل عنصر فإن النظائر الأخف هي تلك النقص في النيوترونات، وتميل عموما نحو الاستقرار عن طريق انبعاث البوزيترون أو التقاط الإلكترونات، في حين أن النظائر الأثقل هي تلك الغنية بالنيوترونات، وتقترب عادة من الثبات بواسطة انبعاث الإلكترون، وبالمقارنة مع أشكال أخرى من النشاط الإشعاعي، مثل غاما أو اضمحلال ألفا، فإن انحلال بيتا هو عملية بطيئة نسبيا .

الانحلال النووي

تشير معدلات الانحلال النووي إلى أن أي قوة تدخل في انحلال بيتا يجب أن تكون أضعف بكثير من القوة التي تربط النوى معا، وقد يبدو من غير المعقول التفكير في قوة نووية يمكن أن تعطل النواة، ومع ذلك فإن تحويل النيوترون إلى بروتون يحدث في تسوس النيوترون يمكن مقارنته بالتحولات من خلال تبادل البيونات التي اقترحها يوكاوا لشرح قوة الربط النووي، وفي الواقع حاولت نظرية يوكاوا في الأصل أن تشرح كلا النوعين من الظواهر، وضعف الاضمحلال والترابط القوي ، ومع تبادل نوع واحد من الجسيمات ولإعطاء نقاط القوة المختلفة ، اقترح أن تتضاعف جسيمات البورصة بقوة مع النيوترونات الثقيلة والبروتونات وضعفها مع الإلكترونات الخفيفة والنيوترينوهات .