Բետա (β) քայքայմանը քննարկող հարցերի օրինակներ
Ռադիոակտիվ քայքայումը այն գործընթացն է, որի ընթացքում անկայուն ատոմային միջուկը մասնիկներ է արձակում՝ ավելի կայուն վիճակի հասնելու համար: Այս հոդվածում մենք կկենտրոնանանք բետա (β) քայքայման վրա, որը ռադիոակտիվ քայքայման տեսակ է: Մեր հիմնական նպատակն է հասկանալ բետա քայքայումը օրինակների և դրանց լուծումների միջոցով: Եկեք սկսենք բետա քայքայման հիմունքները սովորելուց, նախքան օրինակներին անցնելը:
Բետա քայքայման հիմունքներ
Բետա քայքայումը ներառում է որոշակի ատոմային միջուկների փոխակերպումը՝ բետա մասնիկներ ճառագայթելով։ Բետա քայքայման երկու տեսակ կա՝
1. Բետա-մինուս (β-) քայքայում. Այս քայքայման ժամանակ միջուկում գտնվող նեյտրոնը վերածվում է պրոտոնի, էլեկտրոնի (հայտնի է որպես բետա մասնիկ) և էլեկտրոն-անտինեյտրինոի: Ռեակցիայի հավասարումը հետևյալն է.
\[
n \աջ սլաք p + e^- + \bar{\nu}_e
\]
Այստեղ՝ n-ը նեյտրոն է, p-ը՝ պրոտոն, e-ը՝ (բետա) էլեկտրոն, իսկ barnu_e-ն՝ էլեկտրոնային հականեյտրինո։
2. Բետա-պլյուս (β+) տրոհում. Սա տեղի է ունենում, երբ միջուկում գտնվող պրոտոնը վերածվում է նեյտրոնի, պոզիտրոնի (հակաէլեկտրոնի) և էլեկտրոնային նեյտրինոյի: Հավասարումն այսպիսին է.
\[
p \աջ նետ n + e^+ + \nu_e
\]
Որտեղ \(e^+ \)-ն պոզիտրոն է, իսկ \(nu_e \)-ն՝ էլեկտրոնային նեյտրինո։
Օրինակ 1. Բետա-մինուս քայքայում
Հարց՝
Ածխածին-14 միջուկը (\( ^{14}_{6}\text{C} \)) ենթարկվում է բետա-մինուս քայքայման։ Որոշեք այս քայքայման արգասիքները և գրեք միջուկային հավասարումը։
Քննարկում.
Նախ, մենք պարզում ենք, որ ածխածին-14-ը (\( ^{14}_{6}\text{C} \)) ունի 6 ատոմային թիվ և 14 զանգվածային թիվ։ Բետա-մինուս տրոհման ժամանակ միջուկի նեյտրոններից մեկը վերածվում է պրոտոնի։ Սա նշանակում է, որ միջուկի ատոմային թիվը մեծանում է մեկ միավորով, մինչդեռ զանգվածային թիվը մնում է նույնը։
Ահա ածխածին-14-ի բետա-մինուս քայքայման հավասարումը.
\[
^{14}_{6}\text{C} \rightarrow ^{14}_{7}\text{N} + e^- + \bar{\nu}_e
\]
Որտեղ՝
– Քայքայման արգասիքը՝ ազոտ-14 (\( ^{14}_{7}\text{N} \))։
– Էլեկտրոնները (\( e^- \)) ճառագայթված բետա մասնիկներն են։
– \( \bar{\nu}_e \)-ն էլեկտրոնային հականեյտրինո է, որը նույնպես ճառագայթվում է։
Օրինակ 2. Բետա-պլյուս քայքայում
Հարց՝
Ֆտոր-18 միջուկը (\( ^{18}_{9}\text{F} \)) ենթարկվում է բետա-պլյուս տրոհման։ Որոշեք այս տրոհման արգասիքները և գրեք միջուկային հավասարումը։
Քննարկում.
Ֆտոր-18-ը (\( ^{18}_{9}\text{F} \)) ունի 9 ատոմային թիվ և 18 զանգվածային թիվ։ Բետա-պլյուս տրոհման ժամանակ միջուկում գտնվող պրոտոնը վերածվում է նեյտրոնի, որը մեկով նվազեցնում է ատոմային թիվը, սակայն զանգվածային թիվը մնում է նույնը։
Ահա ֆտոր-18-ի բետա-պլյուս քայքայման հավասարումը.
\[
^{18}_{9}\text{F} \rightarrow ^{18}_{8}\text{O} + e^+ + \nu_e
\]
Որտեղ՝
– Քայքայման արտադրյալը թթվածին-18-ն է (\( ^{18}_{8}\text{O} \)):
– Պոզիտրոնը (\( e^+ \)) ճառագայթվող բետա մասնիկ է։
– \( \nu_e \)-ն էլեկտրոնային նեյտրինո է, որը նույնպես ճառագայթվում է։
Օրինակ՝ հարց 3. Քայքայման էներգիա
Հարց՝
Հաշվարկեք բետա-մինուս քայքայման ժամանակ անջատվող էներգիան, եթե ստրոնցիում-90 իզոտոպը (\( ^{90}_{38}\text{Sr} \)) քայքայվում է իտրիում-90-ի (\( ^{90}_{39}\text{Y} \)): Ստրոնցիում-90-ի զանգվածը 89,907738 միլիմետր է, իսկ իտրիում-90-ին՝ 89,907152 միլիմետր: Էլեկտրոնի զանգվածը 0,000548 միլիմետր է:
Քննարկում.
Բետա-մինուս քայքայման ընթացքում անջատված էներգիան կարելի է հաշվարկել արգասիքների և ռեակտիվների միջև զանգվածների տարբերությունից, այնուհետև վերածել էներգիայի՝ օգտագործելով Այնշտայնի հավասարումը՝ \(E=mc^2 \):
Զանգվածի փոփոխությունը (\( \Delta m \)) սկզբնական և վերջնական զանգվածների տարբերությունն է, ներառյալ արձակված էլեկտրոնի զանգվածը։
\[
Դելտա m = (\text{զանգված } ^{90}_{38}\text{Sr}) – (\text{զանգված } ^{90}_{39}\text{Y} + \text{էլեկտրոնի զանգված})
\]
Արժեքի փոխարինում.
\[
Դելտա m = 89,907738, u – (89,907152, u + 0,000548, u)
\]
\[
\Դելտա m = 0,000038 \, \text{u}
\]
Զանգվածի փոփոխությունների փոխակերպումը էներգիայի (1 u = 931.5 ՄէՎ/կ²):
\[
E = \Դելտա մ \times 931.5 \, \text{ՄէՎ/կ}^2
\]
\[
E = 0,000038 \, u} \x 931.5 \, MeV
\]
\[
E = մոտավորապես 0,03537 \, \text{MeV}
\]
Քայքայման ընթացքում անջատված էներգիան կազմում է մոտ 0,03537 ՄէՎ։
Եզրակացություն
Բետա քայքայումը հետաքրքրաշարժ երևույթ է, որը մեզ օգնում է հասկանալ ատոմային միջուկներում տեղի ունեցող նուրբ փոխակերպումները: Բետա-մինուս և բետա-պլյուս քայքայումն ուսումնասիրելով՝ մենք կարող ենք պարզել, թե ինչպես են տարրերը վերածվում այլ տարրերի և հաշվարկել այդ գործընթացում անջատված էներգիան: Այս օրինակային խնդրի միջոցով մենք ավելի խորը պատկերացում ենք ստանում ռադիոակտիվ քայքայման դինամիկայի և միջուկային ֆիզիկայի հիմնարար հասկացությունների կարևորության մասին:
