Contoh Soalan Membincangkan Pereputan Beta (β)
Pereputan radioaktif ialah proses di mana nukleus atom yang tidak stabil melepaskan zarah untuk mencapai keadaan yang lebih stabil. Dalam artikel ini, kita akan menumpukan pada pereputan beta (β), sejenis pereputan radioaktif. Matlamat utama kita adalah untuk memahami pereputan beta melalui contoh dan penyelesaiannya. Mari kita mulakan dengan mempelajari asas-asas pereputan beta sebelum menyelami contoh.
Asas Pereputan Beta
Pereputan beta melibatkan transformasi nukleus atom tertentu dengan memancarkan zarah beta. Terdapat dua jenis pereputan beta:
1. Pereputan beta-tolak (β-): Dalam pereputan ini, neutron dalam nukleus berubah menjadi proton, elektron (dikenali sebagai zarah beta), dan antineutrino elektron. Persamaan tindak balas ialah:
\[
n \rightarrow p + e^- + \bar{\nu}_e
\]
Di sini, \( n \) ialah neutron, \( p \) ialah proton, \( e^- \) ialah elektron (beta), dan \( \bar{\nu}_e \) ialah elektron antineutrino.
2. Pereputan beta-tambah (β+): Ini berlaku apabila proton dalam nukleus berubah menjadi neutron, positron (antielektron), dan neutrino elektron. Persamaannya ialah:
\[
p \rightarrow n + e^+ + \nu_e
\]
Dengan \( e^+ \) ialah positron dan \( \nu_e \) ialah neutrino elektron.
Contoh 1: Beta-tolak Pereputan
Soalan:
Nukleus karbon-14 (\( ^{14}_{6}\text{C} \)) mengalami pereputan beta-tolak. Tentukan hasil pereputan ini dan tulis persamaan nuklear.
Perbincangan:
Pertama, kita mengenal pasti bahawa karbon-14 (\( ^{14}_{6}\text{C} \)) mempunyai nombor atom 6 dan nombor jisim 14. Dalam pereputan beta-tolak, salah satu neutron dalam nukleus berubah menjadi proton. Ini bermakna nombor atom nukleus meningkat sebanyak satu unit, manakala nombor jisim kekal sama.
Berikut ialah persamaan pereputan beta-tolak untuk karbon-14:
\[
^{14}_{6}\text{C} \rightarrow ^{14}_{7}\text{N} + e^- + \bar{\nu}_e
\]
Di mana:
– Hasil pereputan tersebut ialah nitrogen-14 (\( ^{14}_{7}\text{N} \)).
– Elektron (\( e^- \)) ialah zarah beta yang dipancarkan.
– \( \bar{\nu}_e \) ialah antineutrino elektron yang turut dipancarkan.
Contoh 2: Pereputan Beta-tambah
Soalan:
Nukleus fluorin-18 (\( ^{18}_{9}\text{F} \)) mengalami pereputan beta-plus. Tentukan hasil pereputan ini dan tulis persamaan nuklear.
Perbincangan:
Fluorin-18 (\( ^{18}_{9}\text{F} \)) mempunyai nombor atom 9 dan nombor jisim 18. Dalam pereputan beta-tambah, proton dalam nukleus berubah menjadi neutron yang mengurangkan nombor atom sebanyak satu, tetapi nombor jisim kekal sama.
Berikut ialah persamaan pereputan beta-tambah untuk fluorin-18:
\[
^{18}_{9}\text{F} \rightarrow ^{18}_{8}\text{O} + e^+ + \nu_e
\]
Di mana:
– Hasil pereputan tersebut ialah oksigen-18 (\( ^{18}_{8}\text{O} \)).
– Positron (\( e^+ \)) ialah zarah beta yang dipancarkan.
– \( \nu_e \) ialah neutrino elektron yang turut dipancarkan.
Contoh Soalan 3: Tenaga Pereputan
Soalan:
Kira tenaga yang dibebaskan semasa pereputan beta-tolak jika isotop strontium-90 (\( ^{90}_{38}\text{Sr} \)) mereput kepada yttrium-90 (\( ^{90}_{39}\text{Y} \)). Jisim strontium-90 ialah 89,907738 u, dan jisim yttrium-90 ialah 89,907152 u. Jisim elektron ialah 0,000548 u.
Perbincangan:
Tenaga yang dibebaskan semasa pereputan beta-tolak boleh dikira daripada perbezaan jisim antara hasil dan bahan tindak balas, kemudian ditukar kepada tenaga menggunakan persamaan Einstein \( E=mc^2 \).
Perubahan jisim (\( \Delta m \)) ialah perbezaan antara jisim awal dan jisim akhir, termasuk jisim elektron yang dipancarkan:
\[
Delta m = (jisim ^90_38Sr) – (jisim ^90_39Y + jisim elektron)
\]
Penggantian nilai:
\[
Delta m = 89,907738 – (89,907152 + 0,000548)
\]
\[
Delta m = 0,000038
\]
Menukar perubahan jisim kepada tenaga (1 u = 931.5 MeV/c²):
\[
E = \Delta m \times 931.5 \, \text{MeV/c}^2
\]
\[
E = 0,000038 \, \text{u} \times 931.5 \, \text{MeV}
\]
\[
E \lebih kurang 0,03537 \, \text{MeV}
\]
Tenaga yang dibebaskan semasa pereputan adalah kira-kira 0,03537 MeV.
Kesimpulannya
Pereputan beta merupakan fenomena menarik yang membantu kita memahami transformasi halus yang boleh berlaku dalam nukleus atom. Dengan mengkaji pereputan beta-tolak dan beta-tambah, kita dapat mengenal pasti bagaimana unsur berubah menjadi unsur lain dan mengira tenaga yang dibebaskan semasa proses tersebut. Melalui contoh masalah ini, kita memperoleh wawasan yang lebih mendalam tentang dinamik yang terlibat dalam pereputan radioaktif dan kepentingan konsep asas dalam fizik nuklear.
