பீட்டா (β) சிதைவைப் பற்றி விவாதிக்கும் எடுத்துக்காட்டு கேள்விகள்
கதிரியக்கச் சிதைவு என்பது, நிலையற்ற அணுக்கரு ஒன்று, அதிக நிலைத்தன்மை கொண்ட நிலையை அடைவதற்காகத் துகள்களை வெளியிடும் ஒரு செயல்முறையாகும். இந்தக் கட்டுரையில், கதிரியக்கச் சிதைவின் ஒரு வகையான பீட்டா (β) சிதைவில் நாம் கவனம் செலுத்துவோம். எடுத்துக்காட்டுகள் மற்றும் அவற்றின் தீர்வுகள் மூலம் பீட்டா சிதைவைப் புரிந்துகொள்வதே நமது முதன்மை நோக்கமாகும். எடுத்துக்காட்டுகளுக்குள் செல்வதற்கு முன், பீட்டா சிதைவின் அடிப்படைகளைக் கற்றுக்கொள்வதன் மூலம் தொடங்குவோம்.
பீட்டா சிதைவின் அடிப்படைகள்
பீட்டா சிதைவு என்பது, சில அணுக்கருக்கள் பீட்டா துகள்களை உமிழ்வதன் மூலம் உருமாற்றம் அடைவதை உள்ளடக்கியது. பீட்டா சிதைவில் இரண்டு வகைகள் உள்ளன:
1. பீட்டா-மைனஸ் (β-) சிதைவு: இந்தச் சிதைவில், அணுக்கருவில் உள்ள ஒரு நியூட்ரான், ஒரு புரோட்டான், ஒரு எலக்ட்ரான் (பீட்டா துகள் என அழைக்கப்படுகிறது), மற்றும் ஒரு எலக்ட்ரான் ஆன்டிநியூட்ரினோவாக மாறுகிறது. இதற்கான வினைச் சமன்பாடு:
\[
n \rightarrow p + e^- + \bar{\nu}_e
\]
இங்கு, \( n \) என்பது ஒரு நியூட்ரான், \( p \) என்பது ஒரு புரோட்டான், \( e^- \) என்பது ஒரு (பீட்டா) எலக்ட்ரான், மற்றும் \( \bar{\nu}_e \) என்பது ஒரு எலக்ட்ரான் ஆன்டிநியூட்ரினோ ஆகும்.
2. பீட்டா-பிளஸ் (β+) சிதைவு: அணுக்கருவில் உள்ள ஒரு புரோட்டான், ஒரு நியூட்ரான், ஒரு பாசிட்ரான் (எதிர் எலக்ட்ரான்) மற்றும் ஒரு எலக்ட்ரான் நியூட்ரினோவாக மாறும் போது இது நிகழ்கிறது. இதற்கான சமன்பாடு:
\[
p → n + e⁺ + √e
\]
இதில் \( e^+ \) என்பது ஒரு பாசிட்ரான் மற்றும் \( \nu_e \) என்பது ஒரு எலக்ட்ரான் நியூட்ரினோ ஆகும்.
எடுத்துக்காட்டு 1: பீட்டா-மைனஸ் சிதைவு
கேள்வி:
ஒரு கார்பன்-14 அணுக்கரு (\( ^{14}_{6}\text{C} \)) பீட்டா-மைனஸ் சிதைவுக்கு உள்ளாகிறது. இந்தச் சிதைவின் விளைபொருட்களைக் கண்டறிந்து, அணுக்கருச் சமன்பாட்டை எழுதுக.
கலந்துரையாடல்:
முதலில், கார்பன்-14 (\( ^{14}_{6}\text{C} \)) அணு எண் 6 மற்றும் நிறை எண் 14 என்பதைக் கண்டறிகிறோம். பீட்டா-மைனஸ் சிதைவில், அணுக்கருவில் உள்ள நியூட்ரான்களில் ஒன்று புரோட்டானாக மாறுகிறது. இதன் பொருள், அணுக்கருவின் அணு எண் ஓர் அலகு அதிகரிக்கிறது, அதே சமயம் நிறை எண் மாறாமல் அப்படியே இருக்கிறது.
கார்பன்-14-க்கான பீட்டா-மைனஸ் சிதைவுச் சமன்பாடு இதோ:
\[
^{14}_{6}\text{C} \rightarrow ^{14}_{7}\text{N} + e^- + \bar{\nu}_e
\]
எங்கே:
– சிதைவின் விளைபொருள் நைட்ரஜன்-14 (\( ^{14}_{7}\text{N} \)) ஆகும்.
– எலக்ட்ரான்கள் (\( e^- \)) என்பவை உமிழப்படும் பீட்டா துகள்கள் ஆகும்.
– \( \bar{\nu}_e \) என்பது உமிழப்படும் ஒரு எலக்ட்ரான் ஆன்டிநியூட்ரினோ ஆகும்.
எடுத்துக்காட்டு 2: பீட்டா-பிளஸ் சிதைவு
கேள்வி:
புளோரின்-18 அணுக்கரு (\( ^{18}_{9}\text{F} \)) பீட்டா-பிளஸ் சிதைவுக்கு உள்ளாகிறது. இந்தச் சிதைவின் விளைபொருட்களைக் கண்டறிந்து, அணுக்கருச் சமன்பாட்டை எழுதுக.
கலந்துரையாடல்:
புளோரின்-18 (\( ^{18}_{9}\text{F} \)) 9 என்ற அணு எண்ணையும் 18 என்ற நிறை எண்ணையும் கொண்டுள்ளது. பீட்டா-பிளஸ் சிதைவில், அணுக்கருவில் உள்ள ஒரு புரோட்டான் நியூட்ரானாக மாறுகிறது, இது அணு எண்ணை ஒன்றால் குறைக்கிறது, ஆனால் நிறை எண் மாறாமல் அப்படியே இருக்கும்.
ஃப்ளோரின்-18-க்கான பீட்டா-பிளஸ் சிதைவுச் சமன்பாடு இதோ:
\[
^{18}_{9}\text{F} \rightarrow ^{18}_{8}\text{O} + e^+ + \nu_e
\]
எங்கே:
– சிதைவின் விளைபொருள் ஆக்ஸிஜன்-18 (\( ^{18}_{8}\text{O} \)) ஆகும்.
பாசிட்ரான் (\( e^+ \)) என்பது உமிழப்படும் ஒரு பீட்டா துகள் ஆகும்.
– \( \nu_e \) என்பது உமிழப்படும் ஒரு எலக்ட்ரான் நியூட்ரினோ ஆகும்.
எடுத்துக்காட்டு கேள்வி 3: சிதைவு ஆற்றல்
கேள்வி:
ஸ்ட்ரான்ஷியம்-90 (\( ^{90}_{38}\text{Sr} \)) என்ற ஐசோடோப், இட்ரியம்-90 (\( ^{90}_{39}\text{Y} \)) ஆகச் சிதைவடையும்போது, பீட்டா-மைனஸ் சிதைவின்போது வெளியிடப்படும் ஆற்றலைக் கணக்கிடுக. ஸ்ட்ரான்ஷியம்-90-இன் நிறை 89,907738 u, மற்றும் இட்ரியம்-90-இன் நிறை 89,907152 u ஆகும். ஒரு எலக்ட்ரானின் நிறை 0,000548 u ஆகும்.
கலந்துரையாடல்:
பீட்டா-மைனஸ் சிதைவின் போது வெளியிடப்படும் ஆற்றலை, விளைபொருள்களுக்கும் வினைபடு பொருள்களுக்கும் இடையேயான நிறை வேறுபாட்டிலிருந்து கணக்கிட்டு, பின்னர் ஐன்ஸ்டீனின் சமன்பாட்டைப் (E=mc^2) பயன்படுத்தி ஆற்றலாக மாற்றலாம்.
நிறையில் ஏற்படும் மாற்றம் (\( \Delta m \)) என்பது, உமிழப்பட்ட எலக்ட்ரானின் நிறையையும் சேர்த்து, ஆரம்ப நிறைக்கும் இறுதி நிறைக்கும் இடையிலான வேறுபாடு ஆகும்:
\[
Δm = (Sr-இன் நிறை) – (Y-இன் நிறை + எலக்ட்ரானின் நிறை)
\]
மதிப்புப் பதிலீடு:
\[
Δm = 89,907738 u – (89,907152 u + 0,000548 u)
\]
\[
Δm = 0,000038 u
\]
நிறை மாற்றங்களை ஆற்றலாக மாற்றுதல் (1 u = 931.5 MeV/c²):
\[
E = Δm × 931.5 MeV/c²
\]
\[
E = 0,000038 \, \text{u} \times 931.5 \, \text{MeV}
\]
\[
E ≈ 0,03537 MeV
\]
சிதைவின் போது வெளியிடப்படும் ஆற்றல் சுமார் 0,03537 MeV ஆகும்.
முடிவுரை
பீட்டா சிதைவு என்பது அணுக்கருக்களுக்குள் நிகழக்கூடிய நுட்பமான உருமாற்றங்களைப் புரிந்துகொள்ள உதவும் ஒரு வியக்கத்தக்க நிகழ்வாகும். பீட்டா-மைனஸ் மற்றும் பீட்டா-பிளஸ் சிதைவைப் பற்றி ஆய்வு செய்வதன் மூலம், தனிமங்கள் எவ்வாறு மற்ற தனிமங்களாக மாறுகின்றன என்பதை நாம் கண்டறியலாம் மற்றும் அந்தச் செயல்பாட்டின் போது வெளியிடப்படும் ஆற்றலைக் கணக்கிடலாம். இந்த எடுத்துக்காட்டுக் கணக்கின் மூலம், கதிரியக்கச் சிதைவில் உள்ள இயக்கவியல் மற்றும் அணு இயற்பியலின் அடிப்படைக் கருத்துகளின் முக்கியத்துவம் குறித்து நாம் ஆழமான புரிதலைப் பெறுகிறோம்.
