Бета (β) задрал
Бета задрал гэдэг нь атомын цөм бета бөөм ялгаруулдаг цацраг идэвхт задралын нэг хэлбэр юм. Энэ үйл явц нь атомууд цөмийн хувиргалтаар дамжуулан энергийн тогтвортой байдалд хүрэхийн тулд ашигладаг нэг механизм юм. Бета задралын хоёр үндсэн төрөл байдаг: бета хасах (β-) задрал ба бета нэмэх (β+) задрал, тус бүр нь электрон эсвэл позитрон ялгаруулдаг.
Бета хасах (β-) задрал
Бета-хасах задрал гэдэг нь атомын цөм электрон (бета бөөм гэж нэрлэдэг) болон электрон антинейтриног гаргах үйл явц юм. Энэ нь цөм дэх нейтрон протон болж хувирах үед тохиолддог. Энэхүү хувиргалтыг дараах байдлаар томъёолж болно.
\[ n \баруун сум p^+ + e^- + \bar{\nu}_e \]
Хаана:
– \(n \) нь нейтрон юм.
– \( p^+ \) нь протон юм.
– \( e^- \) нь электрон (бета бөөм) юм.
– \( \bar{\nu}_e \) нь электрон антинейтрино юм.
Энэ үйл явц нь нейтронууд протоноос арай том масстай байдагтай холбоотой юм. Атомын цөмд нейтронууд үргэлж тогтвортой байдаггүй бөгөөд энерги ба импульсийн хадгалагдах хуулийг дагаж, протон болж задарч чаддаг.
Бета Плюс (β+) задрал
Бета нэмэх задрал гэдэг нь атомын цөм позитрон (электроны эсрэг бөөм) болон электрон нейтрино ялгаруулах үйл явц юм. Энэ нь цөм дэх протон нейтрон болж хувирах үед тохиолддог. Бета нэмэх задралын цөмийн урвалыг дараах байдлаар бичиж болно.
\[ p^+ \баруун сум n + e^+ + \nu_e \]
Хаана:
– \( p^+ \) нь протон юм.
– \(n \) нь нейтрон юм.
– \( e^+ \) нь позитрон (бета нэмэх бөөм) юм.
– \( \nu_e \) нь электрон нейтрино юм.
Бета нэмэх задрал нь зөвхөн илүү өндөр энергитэй бөгөөд энэ үйл явцыг дэмжихэд хангалттай цөмд л тохиолдож болно, учир нь позитрон ба нейтрино бөөмсийн хосыг үүсгэхэд оролцдог нэмэлт энерги байдаг.
Нейтрино ба тэдгээрийн үүрэг
Бета-хасах болон бета-нэмэх задралын аль алинд нь нейтрино байгаа нь чухал үүрэг гүйцэтгэдэг. Нейтрино нь маш хөнгөн бөгөөд цахилгаан төвийг сахисан субатомын бөөмс юм. Тэдгээр нь бусад бодистой ховор харилцан үйлчилдэг тул илрүүлэхэд хэцүү байдаг. Нейтриног анх 1930 онд Вольфганг Паули бета задралын үед энерги, импульс болон спинийг хадгалах зорилгоор санал болгосон. 1950-иад оны дараагийн туршилтууд эцэст нь нейтрино байгаа эсэхийг баталсан.
Атомын өвөрмөц байдлын хувирал ба өөрчлөлт
Бусад цацраг идэвхт задралын нэгэн адил бета задрал нь элементүүдийн хувирлыг үүсгэдэг. Бета-хасах задралын үед шинээр үүссэн протон нь атомын дугаарт нэг нэгж нэмж, атомыг үелэх хүснэгтийн дараагийн элемент рүү хувиргадаг. Жишээлбэл, нүүрстөрөгч-14 (\(^{14}C \)) нь азот-14 (\(^{14}N \) болж задалдаг:
\[ ^{14}_6C \rightarrow ^{14}_7N + e^- + \bar{\nu}_e \]
Бета нэмэх задралын үед протон нь нейтрон болж хувирах нь атомын дугаарыг нэг нэгжээр бууруулж, үелэх хүснэгтийн өмнөх элемент рүү шилждэг. Үүний нэг жишээ бол нүүрстөрөгч-10 (\( ^{10}C \))-ийн бор-10 (\( ^{10}B \) болж позитроны задрал юм:
\[ ^{10}_6C \rightarrow ^{10}_5B + e^+ + \nu_e \]
Бета задралын апп
Бета задрал нь шинжлэх ухаан, технологийн салбарт өргөн хүрээний хэрэглээтэй. Зарим чухал жишээг энд дурдъя:
1. Цацраг идэвхт нүүрстөрөгчийн он сар өдөр: Цацраг идэвхт нүүрстөрөгчийн он сар өдөр арга нь органик материалын насыг тодорхойлохын тулд нүүрстөрөгч-14 изотопын бета задралыг ашигладаг.
2. Цөмийн анагаах ухаан: Бета задралд ордог цацраг идэвхт изотопуудыг эмнэлгийн дүрслэл болон цацраг туяа эмчилгээнд ашигладаг. Жишээлбэл, бета болон задралд ордог фтор-18-ийг бие махбод дахь бодисын солилцооны үйл ажиллагааг илрүүлэхийн тулд PET сканнердахад ашигладаг.
3. Цөмийн хуваагдал: Цөмийн реакторт радиоизотопын бета задрал нь энерги үүсгэдэг хуваагдлын урвалын гинжин хэлхээний нэг хэсэг юм.
4. Нуклидын тогтвортой байдал: Бета задралыг судлах нь нуклидын тогтвортой байдлын талаарх мэдээллийг өгч, субатомын бөөмсийн хоорондох үндсэн харилцан үйлчлэлийг ойлгоход тусалдаг.
Хамгаалалтыг баримталсан
Бета задралын процесс бүр хэд хэдэн хадгалалтын хуулийг дагаж мөрдөх ёстой:
1. Цэнэг хадгалагдах нь: Задралын өмнөх ба дараах нийт цэнэг ижил байх ёстой.
2. Эрчим хүч хадгалагдах ёс: Задралын өмнөх ба дараах нийт энерги ижил байх ёстой.
3. Импульсийн хадгалагдах хуулиар: Задралын өмнөх ба дараах нийт импульс ижил байх ёстой.
4. Лептоны хадгалалт: Лептоны тоо (нейтрино орно)-г хадгалах ёстой.
Бета задралын цаад физик
Бета задралыг физикийн дөрвөн үндсэн хүчний нэг болох сул хүч хянадаг. Микроскопийн хэмжээнд сул хүч нь нейтрон ба протон дахь кваркийн төрлийг өөрчилж, бөөмсийн өөрчлөлтийг үүсгэдэг. Жишээлбэл, бета-хасах задралын үед нейтрон дахь доошлох кварк нь дээшлэх кварк болж хувирч, протон дээр электрон болон антинейтрино үүсгэдэг.
Сул хүчний тайлбар онолыг анх Энрико Ферми зэрэг физикчдийн санал болгосон механизмаар тайлбарлаж, дараа нь 1979 онд Физикийн Нобелийн шагнал хүртсэн Шелдон Глашоу, Абдус Салам, Стивен Вайнберг нар электро сул онолыг өргөжүүлсэн.
Хаах
Бета задрал нь цөмийн болон бөөмсийн физикийн ертөнцөд гүн гүнзгий бөгөөд чухал үзэгдэл юм. Атомын доорх бөөмс хэрхэн харилцан үйлчлэлцдэгийг тайлбарласан онолын талаас эхлээд амьдралын олон салбарт ашиг тустай практик хэрэглээ хүртэл бета задрал нь орчин үеийн шинжлэх ухааны чухал тал хэвээр байна. Үргэлжлүүлэн судалгаа хийж, шинэ технологийг хэрэглэснээр бета задралын талаарх бидний ойлголт өргөжиж, орчлон ертөнцийн хүчийг судлах, ашиглах шинэ аргуудыг бий болгоно.
