Beta-yemirilish

Бета-парчаланиш (-парчаланиш) — заиф о'заро та'сир туфайли юзага келадиган ва масса сонини о'згартирмасдан ядро зарядини биттага о'згартирадиган радиоактив парчаланиш^[1]. Бу парчаланишда ядро электрон ёки позитрон (бета-заррача), шунингдек ярим бутун спинли нейтрал заррача (электрон антинеутрино ёки электрон нейтрино) чиқаради.

Анага ко'ра, бета-парчаланиш икки турнинг парчаланишини о'з ичига олади:

ядро (ёки нейтрон ) электрон ва антинейтрино чиқаради - "бета минус парчаланиш" ( $β -$ ).
ядро позитрон ва нейтрино чиқаради - "бета плус парчаланиш" ( $β +$ ).

Электрон парчаланиш антинейтриноларни, позитрон емирилиши эса нейтриноларни ҳосил қилади. Бу лептон зарядини сақлашнинг асосий қонуни билан бог'лиқ.

$β +$ - парчаланишлардан ташқари, бета-парчаланишларга электрон ушлаш ( $э$ -қо'лга олиш) ҳам киради, унда ядро электрон қобиг'идан электронни ушлаб, электрон нейтрино чиқаради.

Нейтринолар (антинейтринолар), электронлар ва позитронлардан фарқли о'лароқ, материя билан жуда заиф о'заро та'сир қилади ва улар билан мавжуд парчаланиш энергиясининг бир қисмини олиб кетади.

Парчаланиш механизми

Бета-эмирилишдаги электронларнинг типик энергия спектри. Парчаланиш энергияси электрон ва нейтрино о'ртасида бо'линади. Спектр юқоридан максимал энергия, парчаланиш энергияси билан чегараланган.

$β -$ емирилиш, заиф о'заро та'сир нейтронни протонга айлантиради, электрон ва электрон антинейтрино чиқарилади:

{\дисплайстйле н^0 \ригҳтарроw п^+ + э^- + \бар{\ну}_э}

.

Фундаментал даражада ( Фейнман диаграммасида ко'рсатилган), бу д-кваркнинг у кваркга айланиши, виртуал эмиссия билан бог'лиқ. </спан> -бозон, о'з навбатида, электрон ва антинейтринога парчаланади.

Квант механика қонунларига мувофиқ, ядрода муайян миқдордагина энергия бўлиши керак. Ҳақиқатан ядро емирилишда дискрет миқдордаги энергияга эга бўлган азарралар ва унурлар тарқатади. Шу сабабли раёнурланишда ҳам айнан шу ҳолни кузатиш мумкин. Муайян изотоп ядроси чиқарадиган электронлар нолдан максимал қийматгача узлуксиз энергия тақсимотига (спектрга) эга бўлади. Демак, энергия узлуксиз тақсимланар экан. Бизни энергия тақсимоти узлуксизлиги эмас, балки энергиянинг қаёққа сарф бўлиши қизиктиради. Одатда, ажралиб чиққан тўла энергия ҳисобланганда у спектр қийматига тенг бўлиб чиқади ва барча электронлар энергияси йиғиндиси умумий энергия қийматидан кам энергия билан тарқалади. Қолган энергия қаёққа кетади? Энергиянинг сақланиш қонуни Бета-емирилишда бузиладими? Ҳаракат миқдори моментининг сақланиши ёки спин сақланиши ҳам гўё бузилгандек бўлади. В. Паули Бета-емирилишда сақланиш қонунлари гўё бузилар экан, демак, бу жараён нотўғри талқин этилган, деб фикр юритди. У янги зарра пайдо бўлишини айтди. Бета-емирилишда кам энергияли ва ҳаракат миқдорига эга нейтрал зарра ҳам иштирок этади. Лекин бу ҳолни тажриба давомида кузатиш кийин. Ҳар бир жараёнда муайян миқдорда энергия ажралиб чиқади ва бу энергия зарралар орасида ихтиёрий равишда тақсимланади, электронга эса, шароитга қараб, шу энергиянинг ҳар хил улуши тўғри кела

Агар нейтроннинг парчаланиши атом ядросида содир бо'лса, у ҳолда бола атом $β -$ парчаланиш одатда бир зарядланган мусбат ион сифатида содир бо'лади, чунки ядро о'з зарядини биттага оширади ва қобиқдаги электронлар сони бир хил бо'либ қолади. Бундай ионнинг электрон қобиг'ининг барқарор ҳолати ота-атом қобиг'ининг ҳолатидан фарқ қилиши мумкин, шунинг учун парчаланишдан кейин электрон қобиқ фотонларнинг эмиссияси билан бирга қайта тартибга солинади. Бундан ташқари, ядродан чиқарилган паст энергияли электрон қобиқ орбиталларидан бирига ушланганда, бог'ланган ҳолатга бета-эмирилиши мумкин; бу ҳолда қиз атом нейтрал бо'либ қолади.

$β +$ парчаланишида ядродаги протон нейтрон, позитрон ва нейтринога айланади:

{\дисплайстйле п^+ \ригҳтарроw н^0 + э^+ + {\ну}_э.}

Ундан фарқли о'лароқ $β -$ парчаланиш, $β +$ -парчаланиш ядродан ташқарида содир бо'лиши мумкин эмас, чунки эркин протоннинг массаси нейтроннинг массасидан кичикдир (эмирилиш фақат протоннинг массаси нейтрон, позитрон ва нейтринонинг умумий массасидан ошиб кетганда содир бо'лиши мумкин). Протон канал орқали парчаланиши мумкин $β +$ -эмирилиш фақат ядролар ичида содир бо'лади, бунда қиз ядронинг бог'ланиш энергиясининг мутлақ қиймати асосий ядронинг бог'ланиш энергиясидан катта бо'лади. Бу икки энергия о'ртасидаги фарқ протоннинг нейтрон, позитрон ва нейтринога айланишига ва ҳосил бўлган заррачаларнинг кинетик энергиясига бог'лиқ. Позитрон емирилишдаги энергия баланси қуйидагича: $(М и - М ф - 2 м э)\cdot c 2 = Қ β$ , бу ерда $м э$ - электрон массаси. Вазиятдаги каби $β -$ -парчаланиш, мавжуд энергия $Қ β$ позитрон, нейтрино ва тескари ядро о'ртасида тақсимланади (фақат кичик бир қисми иккинчисининг улушига то'г'ри келади); позитрон ва нейтринонинг кинетик энергияси доимий равишда 0 дан оралиқда тақсимланади. $Қ β$ ; эмирилишга фақат салбий бо'лмаганлар учун энергетик равишда рухсат берилади $Қ β$ .

Позитрон парчаланишида бола атом манфий якка зарядланган ион сифатида намоён бо'лади, чунки ядро заряди бир марта камаяди. Позитрон емирилишининг мумкин бўлган каналларидан бири пайдо бўлган позитронни қобиқ электронларидан бири билан ё'қ қилишдир .

Барча ҳолларда қачон $β +$ -парчаланиш энергетик жиҳатдан мумкин (ва протон электрон қобиқларни ташувчи ёки эркин электронлар билан плазмада жойлашган ядронинг бир қисмидир), у электронни ушлаб туришнинг рақобатдош жараёни билан бирга келади, бунда атом электрони тутилади. нейтрино чиқариш билан ядро томонидан:

{\дисплайстйле п^+ + э^- \ригҳтарроw н^0 + {\ну}_э.}

Аммо агар бошланг'ич ва охирги атомларнинг массалари орасидаги фарқ кичик бо'лса (электрон массасидан икки баравар кам, я'ни 1022 кеВ ), у ҳолда электронни ушлаб туриш позитрон парчаланиши билан бирга бо'лмасдан содир бо'лади; иккинчиси, бу ҳолда энергия сақланиш қонуни билан тақиқланади. Илгари ко'риб чиқилган электрон ва позитрон бета-эмирилишдан фарқли о'лароқ, электронни ушлаб туришда мавжуд бўлган барча энергия (қайтарилиш ядросининг кинетик энергияси ва қобиқнинг қо'зг'алиш энергиясидан ташқари) $Э х$ ) битта заррача, я'ни нейтрино томонидан олиб кетилади. Шунинг учун бу ерда нейтрино спектри силлиқ тақсимот эмас, балки яқин моноэнергетик чизиқдир $Қ β$ .

Агар протон ва нейтрон атом ядросининг бир қисми бо'лса, бета-парчаланиш жараёнлари бир кимёвий элементни даврий жадвалга қо'шни бўлган бошқасига айлантиради. Масалан:

{\дисплайстйле \матҳрм{^{137}_{55}Cс}\ригҳтарроw\матҳрм{^{137}_{56}Ба}+ э^- + \бар{\ну}_э}

(

{\дисплайстйле \бета^-}

-эмирилиш, емирилиш энергияси 1175 кеВ ^[2] ),

{\дисплайстйле \матҳрм{~^{22}_{11}На}\ригҳтарроw\матҳрм{~^{22}_{10}Не} + э^+ + {\ну}_э}

(

{\дисплайстйле \бета^+}

- парчаланиш),

{\дисплайстйле \матҳрм{~^{22}_{11}На} + э^- \ригҳтарроw\матҳрм{~^{22}_{10}Не} + {\ну}_э}

(электрон суратга олиш).

Бета-эмирилиш ядродаги нуклонлар сонини о'згартирмайди $А$ , лекин фақат унинг зарядини о'згартиради $З$ (шунингдек нейтронлар сони $Н$ ). Шундай қилиб, бир хил бўлган барча нуклидлар то'плами $А$ , лекин бошқача $З$ ва $Н$ (изобар занжири); бу изобар нуклидлар бета-парчаланишда кетма-кет бир-бирига айланиши мумкин. Улар орасида ба'зи нуклидлар (камида биттаси) бета-барқарор, чунки улар ортиқча массанинг маҳаллий минималлари : агар бундай ядро рақамларга эга бо'лса. $(А, З)$ , қо'шни ядролар $(А, З - 1)$ ва $(А, З + 1)$ каттароқ массага эга ва бета-парчаланиш орқали парчаланиши мумкин. $(А, З)$ , лекин аксинча эмас. Шуни та'кидлаш керакки, бета-барқарор ядро радиоактив парчаланишнинг бошқа турларига (масалан, алфа-парчаланиш ) дуч келиши мумкин. Эрдаги табиий изотопларнинг аксарияти бета-барқарордир, аммо яримпарчаланиш даври жуда узоқ бўлган бир нечта истиснолар мавжудки, улар нуклеосинтездан кейин тахминан 4,5 млрд лет давомида ё'қолмаган. Масалан, бета-парчаланишнинг барча уч турини (бета минус, бета плюс ва электрон тутиб олиш) бошдан кечирадиган <суп ид="мw0А">40</суп> К нинг ярим емирилиш даври 1,277×10⁹ лет ташкил қилади.

Бета-парчаланишни икки квант механик ҳолат о'ртасидаги о'тиш сифатида ко'риш мумкин, шунинг учун у Фермининг олтин қоидасига бо'йсунади.

Ҳосил бўлган заррачаларнинг спинларининг ё'налишига қараб, бета-парчаланишнинг иккита варианти фарқланади. Агар бета-эмирилиш жараёнида ҳосил бўлган электрон ва антинейтринонинг спинлари параллел бо'лса (масалан, бета-минус парчаланиши), у ҳолда Гамоw-Теллер типидаги о'тиш содир бо'лади. Агар электрон ва антинейтринонинг спинлари қарама-қарши ё'налтирилган бо'лса, Ферми типидаги о'тиш содир бо'лади ^[3] (1-расмга қаранг). Ферми о'заро та'сири ).

Кюри графиги

Кюри графиги ^[4] (шунингдек, Ферми сюжети деб ҳам аталади) бета-парчаланишни о'рганиш учун ишлатиладиган диаграммадир. Бу ма'лум энергияга эга бўлган чиқарилган бета зарралар сонининг квадрат илдизининг Ферми функциясига бо'линган энергияга бог'лиқлиги. Рухсат этилган (ва ба'зи тақиқланган) бета-парчаланиш учун Кюри сюжети чизиқли (энергия бо'йича юқорига эгилган то'г'ри чизиқ). Агар нейтринолар чекланган массага эга бо'лса, у ҳолда энергия о'қи билан кесишиш нуқтаси яқинидаги Кюри графиги чизиқлидан четга чиқади, бу эса нейтрино массасини о'лчаш имконини беради.

икки томонлама бета парчаланиши

Ба'зи ядролар икки марта бета-эмирилиши мумкин ( $ββ$ -эмирилиш), бунда ядро заряди бир эмас, балки икки бирликка о'згаради. Энг амалий ҳолатларда бундай ядролар бета-барқарор (я'ни оддий бета-парчаланиш энергетик жиҳатдан тақиқланган), чунки қачон $β$ - ва $ββ$ парчаланишига ҳам рухсат берилади, б парчаланиш эҳтимоли (одатда) анча катта, бу жуда кам учрайдиган тадқиқотларга халақит беради. $ββ$ парчаланиш. Шундай қилиб, $ββ$ эмирилиш одатда фақат бета-барқарор ядролар учун о'рганилади. Оддий бета-парчаланиш каби, икки томонлама бета-парчаланиш ҳам о'згармайди $А$ ; шунинг учун берилган билан нуклидлардан камида биттаси $А$ оддий ва икки томонлама бета-парчаланишга нисбатан барқарор бо'лиши керак.

Тарихи

Тарихий жиҳатдан бета-парчаланишни о'рганиш нейтрино мавжудлигининг биринчи жисмоний далилларига олиб келди. 1914 йилда Ж.Чедвик экспериментал равишда бета-парчаланиш вақтида чиқарилган электронларнинг энергиялари дискрет спектрга эмас, балки доимийликка эга эканлигини ко'рсатди. Бу энергиянинг сақланиш қонунига аниқ зид эди, чунки энергиянинг бир қисми бета-парчаланиш жараёнларида ё'қолганлиги ма'лум бо'лди. Иккинчи муаммо шундаки , азот-14 атомининг спини 1 га тенг эди, бу Рутерфорднинг ½ башоратига зид эди. 1930 йилда ёзган машҳур мактубида Волфганг Паули атомлар электронлар ва протонлардан ташқари, у нейтрон деб атаган жуда энгил нейтрал заррачани ҳам о'з ичига олади. У бу "нейтрон" бета-парчаланиш жараёнида чиқарилади ва илгари кузатилмаган деб тахмин қилди. 1931 йилда Энрико Ферми Паулининг "нейтриносини" нейтрино деб о'згартирди ва 1934 йилда Ферми нейтриноларни о'з ичига олган жуда муваффақиятли бета-парчаланиш моделини нашр этди .

Позитрон бета емирилиш жараёни 1934 йилда Ф. Жолио-Кюри ва И. Жолио-Кюри томонидан кашф этилган. Электронларни тутиб олиш ҳодисаси биринчи марта 1937 йилда Л. Алварес ^[5] .

Шунингдек

Нейтрон бета парчаланиши
Тескари бета парчаланиши
икки томонлама бета парчаланиши
Позитрон эмиссияси
Электрон қамраш

Изоҳлар

Ушбу мақола Мирзо Улуг'бек номидаги О'збекистон Миллий университиэти Физика факултети талабаси Мусаходжаева Муштарий томонидан Wикита'лим лойиҳаси доирасида русс тилидан таржима қилинди

Адабиётлар

Ву Ц. С., Мошковский С. А. Бета-распад. — М.: Атомиздат, 1970. — 397 с.
Маляров В. В. Основы теории атомного ядра. — М.: Физматлит, 1959. — 471 с. — 18 000 экз.
Челлен Г. Физика элементарных частиц. — М.: Наука, 1966. — 556 с. — 8000 экз.
Соловьёв В.Г. Теория атомного ядра: Квазичастицы и фононы. — Энергоатомиздат, 1989. — С. 103, 111, 112, 123, 138, 147, 208, 274, 288. — 304 с. — ИСБН 5-283-03914-5.
Ерозолимский Б.Г.Бета-распад нейтрона. УФН. 1975. Том 116. С. 145–164

↑ В соответствии с правилом радиоактивных смещений Содди и Фаянса.
↑ „Архивированная копия“. 2005-йил 16-октябрда асл нусхадан архивланган. Қаралди: 2016-йил 20-феврал.
↑ „Бета-распад“. Ядерная физика в интернете. МГУ (2015-йил 17-ноябр). 2022-йил 6-январда асл нусхадан архивланган. Қаралди: 2016-йил 19-апрел.
↑ Назван в честь Франца Кюри (Франз Н. Д. Куриэ), американского физика, не являющегося ни родственником, ни однофамильцем Пьера и Марии Кюри (Cуриэ).
↑ Наумов А. И.. Физика атомного ядра и элементарных частиц. М.: «Просвещение», 1984 — 191-бет.

[1] В соответствии с правилом радиоактивных смещений Содди и Фаянса.

[2] „Архивированная копия“. 2005-йил 16-октябрда асл нусхадан архивланган. Қаралди: 2016-йил 20-феврал.

[3] „Бета-распад“. Ядерная физика в интернете. МГУ (2015-йил 17-ноябр). 2022-йил 6-январда асл нусхадан архивланган. Қаралди: 2016-йил 19-апрел.

[4] Назван в честь Франца Кюри (Франз Н. Д. Куриэ), американского физика, не являющегося ни родственником, ни однофамильцем Пьера и Марии Кюри (Cуриэ).

[5] Наумов А. И.. Физика атомного ядра и элементарных частиц. М.: «Просвещение», 1984 — 191-бет.

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]