የቤታ (β) መበስበስን የሚመለከቱ የምሳሌ ጥያቄዎች
ራዲዮአክቲቭ መበስበስ ማለት ያልተረጋጋ የአቶሚክ ኒውክሊየስ ቅንጣቶችን የሚለቅበት ሂደት ሲሆን ይህም የተረጋጋ ሁኔታን ለማግኘት ነው። በዚህ ጽሑፍ ውስጥ፣ በቤታ (β) መበስበስ ላይ እናተኩራለን፣ ይህም የራዲዮአክቲቭ መበስበስ አይነት ነው። ዋናው ግባችን በምሳሌዎች እና በመፍትሄዎቻቸው አማካኝነት የቤታ መበስበስን መረዳት ነው። ወደ ምሳሌዎች ከመጥለቃችን በፊት የቤታ መበስበስን መሰረታዊ ነገሮች በመማር እንጀምር።
የቤታ መበስበስ መሰረታዊ ነገሮች
የቤታ መበስበስ የቤታ ቅንጣቶችን በማውጣት የተወሰኑ የአቶሚክ ኒውክሊየሶችን መለወጥን ያካትታል። ሁለት አይነት የቤታ መበስበስ አሉ፡
1. የቤታ-ሚነስ (β-) መበስበስ፡ በዚህ መበስበስ ውስጥ፣ በኒውክሊየስ ውስጥ ያለ ኒውትሮን ወደ ፕሮቶን፣ ኤሌክትሮን (የቤታ ቅንጣት በመባል የሚታወቀው) እና ኤሌክትሮን አንቲኒውትሪኖ ይለወጣል። የምላሽ እኩልታው የሚከተለው ነው፡
\[
n \የቀኝ ቀስት p + e^- + \bar{\nu}_e
\]
እዚህ ላይ፣ \(n \) ኒውትሮን ነው፣ \(p \) ፕሮቶን ነው፣ \(e^- \) (ቤታ) ኤሌክትሮን ነው፣ እና \( \bar{\nu}_e \) ኤሌክትሮን አንቲኒውትሪኖ ነው።
2. የቤታ-ፕላስ (β+) መበስበስ፡ ይህ የሚከሰተው በኒውክሊየስ ውስጥ ያለ ፕሮቶን ወደ ኒውትሮን፣ ፖዚትሮን (አንቲኤሌክትሮን) እና ኤሌክትሮን ኒውትሪኖ ሲቀየር ነው። እኩልታው፡
\[
p \rightarrow n + e^+ + \nu_e
\]
የት \(e^+ \) ፖዚትሮን ሲሆን \( \nu_e \) ደግሞ ኤሌክትሮን ኒውትሪኖ ነው።
ምሳሌ 1፡ ቤታ-ሲነስ ዲሴይ
ጥያቄ፡
የካርቦን-14 ኒውክሊየስ (\( ^{14}_{6}\text{C} \)) ቤታ-ሚነስ መበስበስን ያጋጥመዋል። የዚህን መበስበስ ውጤቶች ይወስኑ እና የኑክሌር እኩልታውን ይፃፉ።
ውይይት፡
በመጀመሪያ፣ ካርቦን-14 (\( ^{14}_{6}\text{C} \)) የአቶሚክ ቁጥር 6 እና የጅምላ ቁጥር 14 እንዳለው እንለያለን። በቤታ-ሚነስ መበስበስ ውስጥ፣ በኒውክሊየስ ውስጥ ካሉት ኒውትሮኖች አንዱ ወደ ፕሮቶን ይቀየራል። ይህ ማለት የኒውክሊየስ የአቶሚክ ቁጥር በአንድ አሃድ ይጨምራል፣ የጅምላ ቁጥሩ ግን ተመሳሳይ ሆኖ ይቆያል ማለት ነው።
የካርቦን-14 የቤታ-ሚነስ መበስበስ እኩልታ ይኸውና፡
\[
^{14}_{6}\text{C} \rightarrow ^{14}_{7}\text{N} + e^- + \bar{\nu}_e
\]
የት፡
– የመበስበስ ውጤት ናይትሮጅን-14 (\( ^{14}_{7}\text{N} \)) ነው።
– ኤሌክትሮኖች (\( e^- \)) የሚወጡት የቤታ ቅንጣቶች ናቸው።
– \( \bar{\nu}_e \) የሚወጣ ኤሌክትሮን አንቲኒውትሪኖ ነው።
ምሳሌ 2፡ ቤታ-ፕላስ መበስበስ
ጥያቄ፡
የፍሎራይን-18 ኒውክሊየስ (\( ^{18}_{9}\text{F} \)) ቤታ-ፕላስ መበስበስን ያጋጥመዋል። የዚህን መበስበስ ውጤቶች ይወስኑ እና የኑክሌር እኩልታውን ይፃፉ።
ውይይት፡
ፍሎሪን-18 (\( ^{18}_{9}\text{F} \)) የአቶሚክ ቁጥር 9 እና የጅምላ ቁጥር 18 አለው። በቤታ-ፕላስ መበስበስ ውስጥ፣ በኒውክሊየስ ውስጥ ያለ ፕሮቶን ወደ ኒውትሮን ይቀየራል፣ ይህም የአቶሚክ ቁጥሩን በአንድ ይቀንሳል፣ ነገር ግን የጅምላ ቁጥሩ ተመሳሳይ ሆኖ ይቆያል።
የፍሎሪን-18 ቤታ-ፕላስ መበስበስ እኩልታ ይኸውና፡
\[
^{18}_{9}\text{F} \rightarrow ^{18}_{8}\text{O} + e^+ + \nu_e
\]
የት፡
– የመበስበስ ውጤት ኦክስጅን-18 (\( ^{18}_{8}\text{O} \)) ነው።
– ፖሲትሮን (\( e^+ \)) የሚወጣ የቤታ ቅንጣት ነው።
– \( \nu_e \) የሚወጣ ኤሌክትሮን ኒውትሪኖ ነው።
ምሳሌ ጥያቄ 3፡ የመበላሸት ኃይል
ጥያቄ፡
አይቶቶፕ ስትሮንቲየም-90 (\( ^{90}_{38}\text{Sr} \)) ወደ yttrium-90 (\( ^{90}_{39}\text{Y} \)) ከበሰበሰ በቤታ-ሚነስ መበስበስ ወቅት የሚለቀቀውን ኃይል አስሉ። የስትሮንቲየም-90 ክብደት 89,907738 u ሲሆን የyttrium-90 ክብደት 89,907152 u ነው። የኤሌክትሮን ክብደት 0,000548 u ነው።
ውይይት፡
በቤታ-ሚነስ መበስበስ ወቅት የሚለቀቀው ኃይል በምርቶቹ እና በአንቲስታንቶች መካከል ካለው የጅምላ ልዩነት ሊሰላ ይችላል፣ ከዚያም የአንስታይን እኩልታ \( E=mc^2 \) በመጠቀም ወደ ኃይል ሊቀየር ይችላል።
የጅምላ ለውጥ (\( \Delta m \)) በመነሻ ክብደት እና በመጨረሻው ክብደት መካከል ያለው ልዩነት ሲሆን የሚወጣውን ኤሌክትሮን ክብደት ጨምሮ፡
\[
\ዴልታ m = (\text{mass } ^{90}_{38}\text{Sr}) – (\text{mass } ^{90}_{39}\text{Y} + \text{electron mass})
\]
የእሴት ምትክ፦
\[
\ዴልታ m = 89,907738 \, \text{u} – (89,907152 \, \text{u} + 0,000548 \, \text{u})
\]
\[
\ዴልታ m = 0,000038 \, \text{u}
\]
የጅምላ ለውጦችን ወደ ኃይል መለወጥ (1 u = 931.5 MeV/c²):
\[
E = \Delta m \times 931.5 \, \text{MeV/c}^2
\]
\[
E = 0,000038 \, \text{u} \times 931.5 \, \text{MeV}
\]
\[
ኢ \approx 0,03537 \, \text{MeV}
\]
በመበስበስ ወቅት የሚለቀቀው ኃይል ወደ 0,03537 MeV አካባቢ ነው።
ከሲምፑላን
የቤታ መበስበስ በአቶሚክ ኒውክሊየስ ውስጥ ሊከሰቱ የሚችሉ ስውር ለውጦችን እንድንረዳ የሚረዳን አስደናቂ ክስተት ነው። የቤታ-ሚኒስ እና የቤታ-ፕላስ መበስበስን በማጥናት፣ ንጥረ ነገሮች ወደ ሌሎች ንጥረ ነገሮች እንዴት እንደሚለወጡ መለየት እና በሂደቱ ወቅት የሚወጣውን ኃይል ማስላት እንችላለን። በዚህ የምሳሌ ችግር፣ በሬዲዮአክቲቭ መበስበስ ውስጥ ስለሚገኘው ተለዋዋጭነት እና በኑክሌር ፊዚክስ ውስጥ ስላለው መሠረታዊ ፅንሰ-ሀሳቦች አስፈላጊነት ጥልቅ ግንዛቤ እናገኛለን።
