Բետա (β) քայքայում
Բետա քայքայումը ռադիոակտիվ քայքայման մի ձև է, որի դեպքում ատոմի միջուկը արձակում է բետա մասնիկ: Այս գործընթացը ատոմների կողմից միջուկային փոխակերպման միջոցով էներգետիկ կայունության հասնելու մեխանիզմներից մեկն է: Բետա քայքայման երկու հիմնական տեսակ կա՝ բետա մինուս (β-) քայքայում և բետա պլյուս (β+) քայքայում, որոնցից յուրաքանչյուրը ներառում է էլեկտրոնի կամ պոզիտրոնի արձակում:
Բետա մինուս (β-) քայքայում
Բետա-մինուս քայքայումը այն գործընթացն է, որի միջոցով ատոմային միջուկը դուրս է մղում էլեկտրոն (կոչվում է բետա մասնիկ) և էլեկտրոն հականեյտրինո։ Սա տեղի է ունենում, երբ միջուկում գտնվող նեյտրոնը վերածվում է պրոտոնի։ Այս փոխակերպումը կարելի է ձևակերպել հետևյալ կերպ.
\[ n \աջ սլաք p^+ + e^- + \bar{\nu}_e \]
Որտեղ՝
– \(n \)-ը նեյտրոն է։
– \( p^+ \)-ը պրոտոն է։
– \( e^- \)-ն էլեկտրոն է (բետա մասնիկ)։
– \( \bar{\nu}_e \)-ն էլեկտրոնային հականեյտրինո է։
Այս գործընթացը տեղի է ունենում, քանի որ նեյտրոնները մի փոքր ավելի մեծ զանգված ունեն, քան պրոտոնները։ Ատոմային միջուկում նեյտրոնները միշտ չէ, որ կայուն են և կարող են քայքայվել պրոտոնների՝ ենթարկվելով էներգիայի և իմպուլսի պահպանման օրենքներին։
Բետա Պլյուս (β+) քայքայում
Բետա-պլյուս քայքայումը այն գործընթացն է, որի միջոցով ատոմային միջուկը արձակում է պոզիտրոն (էլեկտրոնի հակամասնիկը) և էլեկտրոնային նեյտրինո։ Սա տեղի է ունենում, երբ միջուկում գտնվող պրոտոնը վերածվում է նեյտրոնի։ Բետա-պլյուս քայքայման միջուկային ռեակցիան կարելի է գրել հետևյալ կերպ.
\[ p^+ \աջ սլաք n + e^+ + \nu_e \]
Որտեղ՝
– \( p^+ \)-ը պրոտոն է։
– \(n \)-ը նեյտրոն է։
– \( e^+ \)-ն պոզիտրոն է (բետա գումարած մասնիկ):
– \( \nu_e \) էլեկտրոնային նեյտրինո է:
Բետա-պլյուս տրոհումը կարող է տեղի ունենալ միայն այն միջուկներում, որոնք ունեն ավելի բարձր էներգիա և բավարար են այս գործընթացը ապահովելու համար՝ պոզիտրոնային և նեյտրինո մասնիկների զույգեր ստեղծելու համար անհրաժեշտ լրացուցիչ էներգիայի պատճառով։
Նեյտրինոները և դրանց դերը
Ե՛վ բետա-մինուս, և՛ բետա-պլյուս քայքայման դեպքում նեյտրինոների առկայությունը կարևոր դեր է խաղում: Նեյտրինոները չափազանց թեթև և էլեկտրականորեն չեզոք ենթաատոմային մասնիկներ են: Դրանք դժվար է հայտնաբերել, քանի որ հազվադեպ են փոխազդում այլ նյութի հետ: Նեյտրինոները առաջին անգամ առաջարկվել են Վոլֆգանգ Պաուլիի կողմից 1930 թվականին՝ բետա քայքայման ընթացքում էներգիան, իմպուլսը և սպինը պահպանելու համար: 1950-ական թվականներին հետագա փորձերը վերջապես հաստատեցին նեյտրինոների գոյությունը:
Ատոմային ինքնության փոխակերպում և փոփոխություն
Ինչպես մյուս ռադիոակտիվ տրոհումները, բետա տրոհումը առաջացնում է տարրերի փոխակերպում: Բետա-մինուս տրոհման ժամանակ նոր առաջացած պրոտոնը մեկ միավոր է ավելացնում ատոմային համարին, ինչի հետևանքով ատոմը վերածվում է պարբերական աղյուսակի հաջորդ տարրի: Օրինակ՝ ածխածին-14-ը (\(^{14}C \)) տրոհվում է ազոտ-14-ի (\(^{14}N \)):
\[ ^{14}_6C \rightarrow ^{14}_7N + e^- + \bar{\nu}_e \]
Բետա գումարած տրոհման դեպքում պրոտոնը նեյտրոնի վերածվելով մեկ միավորով նվազեցնում է ատոմային թիվը՝ տարրը դարձնելով պարբերական աղյուսակի նախորդ տարրը։ Օրինակ է ածխածին-10-ի (\( ^{10}C \)) պոզիտրոնային տրոհումը բոր-10-ի (\( ^{10}B \)):
\[ ^{10}_6C \rightarrow ^{10}_5B + e^+ + \nu_e \]
Բետա քայքայման հավելված
Բետա քայքայումը գիտության և տեխնոլոգիայի մեջ լայն կիրառություն ունի։ Ահա մի քանի կարևոր օրինակներ՝
1. Ռադիոածխածնային թվագրում. Ռադիոածխածնային թվագրման մեթոդը օգտագործում է ածխածին-14 իզոտոպի բետա քայքայումը՝ օրգանական նյութի տարիքը որոշելու համար:
2. Միջուկային բժշկություն. Բետա-քայքայման ենթարկվող ռադիոակտիվ իզոտոպները օգտագործվում են բժշկական պատկերագրության և ճառագայթային թերապիայի համար: Օրինակ՝ ֆտոր-18-ը, որը ենթարկվում է բետա-պլյուս քայքայման, օգտագործվում է ՊԷՏ սկանավորման ժամանակ՝ օրգանիզմում նյութափոխանակության ակտիվությունը հայտնաբերելու համար:
3. Միջուկային տրոհում. Միջուկային ռեակտորում ռադիոիզոտոպի բետա տրոհումը տրոհման ռեակցիաների շղթայի մի մասն է, որն առաջացնում է էներգիա։
4. Նուկլիդների կայունությունը. Բետա քայքայման ուսումնասիրությունը տեղեկատվություն է տրամադրում նուկլիդների կայունության մասին և օգնում է հասկանալ ենթաատոմային մասնիկների միջև հիմնարար փոխազդեցությունները:
Պահպանության կանոնակարգը պահպանվում է
Բետա քայքայման յուրաքանչյուր պրոցես պետք է ենթարկվի մի քանի պահպանման օրենքների՝
1. Լիցքի պահպանման օրենք. Քայքայումից առաջ և հետո ընդհանուր լիցքը պետք է նույնը լինի։
2. Էներգիայի պահպանման օրենք. Քայքայումից առաջ և հետո ընդհանուր էներգիան պետք է նույնը լինի։
3. Իմպուլսի պահպանման օրենք. Քայքայումից առաջ և հետո ընդհանուր իմպուլսը պետք է նույնը լինի։
4. Լեպտոնների պահպանում. Լեպտոնների (ներառյալ նեյտրինոները) քանակը պետք է պահպանվի։
Բետա քայքայման հետևում կանգնած ֆիզիկան
Բետա քայքայումը կառավարվում է թույլ ուժի կողմից, որը ֆիզիկայի չորս հիմնարար ուժերից մեկն է։ Մանրադիտակային մասշտաբով թույլ ուժը կարող է փոխել նեյտրոնների և պրոտոնների քվարկների տեսակները՝ առաջացնելով մասնիկների փոփոխություններ։ Օրինակ՝ բետա-մինուս քայքայման ժամանակ նեյտրոնի ներքևի քվարկը վերածվում է վերևի քվարկի՝ առաջացնելով պրոտոն գումարած մեկ էլեկտրոն և անտինեյտրինո։
Թույլ ուժի բացատրական տեսությունը սկզբում բացատրվել է այնպիսի ֆիզիկոսների կողմից առաջարկված մեխանիզմներով, ինչպիսին է Էնրիկո Ֆերմին, իսկ ավելի ուշ այն ընդլայնվել է Շելդոն Գլեշոուի, Աբդուս Սալամի և Սթիվեն Վայնբերգի էլեկտրաթույլ տեսության մեջ, որը 1979 թվականին ստացել է ֆիզիկայի Նոբելյան մրցանակ։
Penutup
Բետա քայքայումը խորը և կարևոր երևույթ է միջուկային և մասնիկային ֆիզիկայի աշխարհում: Ենթաատոմային մասնիկների փոխազդեցության տեսական ասպեկտներից մինչև կյանքի բազմաթիվ ոլորտներին օգտակար գործնական կիրառությունները, բետա քայքայումը մնում է ժամանակակից գիտության կարևորագույն ասպեկտ: Շարունակական հետազոտությունների և նոր տեխնոլոգիաների կիրառման միջոցով բետա քայքայման մասին մեր պատկերացումները կշարունակեն ընդլայնվել՝ ապահովելով տիեզերքի ուժը ուսումնասիրելու և օգտագործելու նոր եղանակներ:
