Beta-yemirilish

Beta-parchalanish (-parchalanish) — zaif o'zaro ta'sir tufayli yuzaga keladigan va massa sonini o'zgartirmasdan yadro zaryadini bittaga o'zgartiradigan radioaktiv parchalanish^[1]. Bu parchalanishda yadro elektron yoki pozitron (beta-zarracha), shuningdek yarim butun spinli neytral zarracha (elektron antineutrino yoki elektron neytrino) chiqaradi.

Anaga ko'ra, beta-parchalanish ikki turning parchalanishini o'z ichiga oladi:

yadro (yoki neytron ) elektron va antineytrino chiqaradi - "beta minus parchalanish" ( $β -$ ).
yadro pozitron va neytrino chiqaradi - "beta plus parchalanish" ( $β +$ ).

Elektron parchalanish antineytrinolarni, pozitron yemirilishi esa neytrinolarni hosil qiladi. Bu lepton zaryadini saqlashning asosiy qonuni bilan bog'liq.

$β +$ - parchalanishlardan tashqari, beta-parchalanishlarga elektron ushlash ( $e$ -qo'lga olish) ham kiradi, unda yadro elektron qobig'idan elektronni ushlab, elektron neytrino chiqaradi.

Neytrinolar (antineytrinolar), elektronlar va pozitronlardan farqli o'laroq, materiya bilan juda zaif o'zaro ta'sir qiladi va ular bilan mavjud parchalanish energiyasining bir qismini olib ketadi.

Parchalanish mexanizmi

Neytronning og'ir W bozoni ishtirokida proton, elektron va elektron antineytrinoga beta parchalanishi uchun Feynman diagrammasi

Beta-emirilishdagi elektronlarning tipik energiya spektri. Parchalanish energiyasi elektron va neytrino o'rtasida bo'linadi. Spektr yuqoridan maksimal energiya, parchalanish energiyasi bilan chegaralangan.

Atom yadrosining beta minus parchalanishi

$β -$ yemirilish, zaif o'zaro ta'sir neytronni protonga aylantiradi, elektron va elektron antineytrino chiqariladi:

n^{0}\rightarrow p^{+}+e^{-}+{\bar {\nu }}_{e}

.

Fundamental darajada ( Feynman diagrammasida ko'rsatilgan), bu d-kvarkning u kvarkga aylanishi, virtual emissiya bilan bog'liq. </span> -bozon, o'z navbatida, elektron va antineytrinoga parchalanadi.

Kvant mexanika qonunlariga muvofiq, yadroda muayyan miqdordagina energiya boʻlishi kerak. Haqiqatan yadro yemirilishda diskret miqdordagi energiyaga ega boʻlgan azarralar va unurlar tarqatadi. Shu sababli rayonurlanishda ham aynan shu holni kuzatish mumkin. Muayyan izotop yadrosi chiqaradigan elektronlar noldan maksimal qiymatgacha uzluksiz energiya taqsimotiga (spektrga) ega boʻladi. Demak, energiya uzluksiz taqsimlanar ekan. Bizni energiya taqsimoti uzluksizligi emas, balki energiyaning qayoqqa sarf boʻlishi qiziktiradi. Odatda, ajralib chiqqan toʻla energiya hisoblanganda u spektr qiymatiga teng boʻlib chiqadi va barcha elektronlar energiyasi yigʻindisi umumiy energiya qiymatidan kam energiya bilan tarqaladi. Qolgan energiya qayoqqa ketadi? Energiyaning saqlanish qonuni Beta-yemirilishda buziladimi? Harakat miqdori momentining saqlanishi yoki spin saqlanishi ham goʻyo buzilgandek boʻladi. V. Pauli Beta-yemirilishda saqlanish qonunlari goʻyo buzilar ekan, demak, bu jarayon notoʻgʻri talqin etilgan, deb fikr yuritdi. U yangi zarra paydo boʻlishini aytdi. Beta-yemirilishda kam energiyali va harakat miqdoriga ega neytral zarra ham ishtirok etadi. Lekin bu holni tajriba davomida kuzatish kiyin. Har bir jarayonda muayyan miqdorda energiya ajralib chiqadi va bu energiya zarralar orasida ixtiyoriy ravishda taqsimlanadi, elektronga esa, sharoitga qarab, shu energiyaning har xil ulushi toʻgʻri kela

Agar neytronning parchalanishi atom yadrosida sodir bo'lsa, u holda bola atom $β -$ parchalanish odatda bir zaryadlangan musbat ion sifatida sodir bo'ladi, chunki yadro o'z zaryadini bittaga oshiradi va qobiqdagi elektronlar soni bir xil bo'lib qoladi. Bunday ionning elektron qobig'ining barqaror holati ota-atom qobig'ining holatidan farq qilishi mumkin, shuning uchun parchalanishdan keyin elektron qobiq fotonlarning emissiyasi bilan birga qayta tartibga solinadi. Bundan tashqari, yadrodan chiqarilgan past energiyali elektron qobiq orbitallaridan biriga ushlanganda, bog'langan holatga beta-emirilishi mumkin; bu holda qiz atom neytral bo'lib qoladi.

$β +$ parchalanishida yadrodagi proton neytron, pozitron va neytrinoga aylanadi:

p^{+}\rightarrow n^{0}+e^{+}+{\nu }_{e}.

Undan farqli o'laroq $β -$ parchalanish, $β +$ -parchalanish yadrodan tashqarida sodir bo'lishi mumkin emas, chunki erkin protonning massasi neytronning massasidan kichikdir (emirilish faqat protonning massasi neytron, pozitron va neytrinoning umumiy massasidan oshib ketganda sodir bo'lishi mumkin). Proton kanal orqali parchalanishi mumkin $β +$ -emirilish faqat yadrolar ichida sodir bo'ladi, bunda qiz yadroning bog'lanish energiyasining mutlaq qiymati asosiy yadroning bog'lanish energiyasidan katta bo'ladi. Bu ikki energiya o'rtasidagi farq protonning neytron, pozitron va neytrinoga aylanishiga va hosil boʻlgan zarrachalarning kinetik energiyasiga bog'liq. Pozitron yemirilishdagi energiya balansi quyidagicha: $(M i - M f - 2 m e)\cdot c 2 = Q β$ , bu yerda $m e$ - elektron massasi. Vaziyatdagi kabi $β -$ -parchalanish, mavjud energiya $Q β$ pozitron, neytrino va teskari yadro o'rtasida taqsimlanadi (faqat kichik bir qismi ikkinchisining ulushiga to'g'ri keladi); pozitron va neytrinoning kinetik energiyasi doimiy ravishda 0 dan oraliqda taqsimlanadi. $Q β$ ; emirilishga faqat salbiy bo'lmaganlar uchun energetik ravishda ruxsat beriladi $Q β$ .

Pozitron parchalanishida bola atom manfiy yakka zaryadlangan ion sifatida namoyon bo'ladi, chunki yadro zaryadi bir marta kamayadi. Pozitron yemirilishining mumkin boʻlgan kanallaridan biri paydo boʻlgan pozitronni qobiq elektronlaridan biri bilan yo'q qilishdir .

Barcha hollarda qachon $β +$ -parchalanish energetik jihatdan mumkin (va proton elektron qobiqlarni tashuvchi yoki erkin elektronlar bilan plazmada joylashgan yadroning bir qismidir), u elektronni ushlab turishning raqobatdosh jarayoni bilan birga keladi, bunda atom elektroni tutiladi. neytrino chiqarish bilan yadro tomonidan:

p^{+}+e^{-}\rightarrow n^{0}+{\nu }_{e}.

Ammo agar boshlang'ich va oxirgi atomlarning massalari orasidagi farq kichik bo'lsa (elektron massasidan ikki baravar kam, ya'ni 1022 keV ), u holda elektronni ushlab turish pozitron parchalanishi bilan birga bo'lmasdan sodir bo'ladi; ikkinchisi, bu holda energiya saqlanish qonuni bilan taqiqlanadi. Ilgari ko'rib chiqilgan elektron va pozitron beta-emirilishdan farqli o'laroq, elektronni ushlab turishda mavjud boʻlgan barcha energiya (qaytarilish yadrosining kinetik energiyasi va qobiqning qo'zg'alish energiyasidan tashqari) $E x$ ) bitta zarracha, ya'ni neytrino tomonidan olib ketiladi. Shuning uchun bu yerda neytrino spektri silliq taqsimot emas, balki yaqin monoenergetik chiziqdir $Q β$ .

Agar proton va neytron atom yadrosining bir qismi bo'lsa, beta-parchalanish jarayonlari bir kimyoviy elementni davriy jadvalga qo'shni boʻlgan boshqasiga aylantiradi. Masalan:

\mathrm {^{137}_{55}Cs} \rightarrow \mathrm {^{137}_{56}Ba} +e^{-}+{\bar {\nu }}_{e}

(

\beta ^{-}

-emirilish, yemirilish energiyasi 1175 keV ^[2] ),

\mathrm {~_{11}^{22}Na} \rightarrow \mathrm {~_{10}^{22}Ne} +e^{+}+{\nu }_{e}

(

\beta ^{+}

- parchalanish),

\mathrm {~_{11}^{22}Na} +e^{-}\rightarrow \mathrm {~_{10}^{22}Ne} +{\nu }_{e}

(elektron suratga olish).

Beta-emirilish yadrodagi nuklonlar sonini o'zgartirmaydi $A$ , lekin faqat uning zaryadini o'zgartiradi $Z$ (shuningdek neytronlar soni $N$ ). Shunday qilib, bir xil boʻlgan barcha nuklidlar to'plami $A$ , lekin boshqacha $Z$ va $N$ (izobar zanjiri); bu izobar nuklidlar beta-parchalanishda ketma-ket bir-biriga aylanishi mumkin. Ular orasida ba'zi nuklidlar (kamida bittasi) beta-barqaror, chunki ular ortiqcha massaning mahalliy minimallari : agar bunday yadro raqamlarga ega bo'lsa. $(A, Z)$ , qo'shni yadrolar $(A, Z - 1)$ va $(A, Z + 1)$ kattaroq massaga ega va beta-parchalanish orqali parchalanishi mumkin. $(A, Z)$ , lekin aksincha emas. Shuni ta'kidlash kerakki, beta-barqaror yadro radioaktiv parchalanishning boshqa turlariga (masalan, alfa-parchalanish ) duch kelishi mumkin. Erdagi tabiiy izotoplarning aksariyati beta-barqarordir, ammo yarimparchalanish davri juda uzoq boʻlgan bir nechta istisnolar mavjudki, ular nukleosintezdan keyin taxminan 4,5 млрд лет davomida yo'qolmagan. Masalan, beta-parchalanishning barcha uch turini (beta minus, beta plyus va elektron tutib olish) boshdan kechiradigan <sup id="mw0A">40</sup> K ning yarim yemirilish davri 1,277×10⁹ лет tashkil qiladi.

Beta-parchalanishni ikki kvant mexanik holat o'rtasidagi o'tish sifatida ko'rish mumkin, shuning uchun u Fermining oltin qoidasiga bo'ysunadi.

Hosil boʻlgan zarrachalarning spinlarining yo'nalishiga qarab, beta-parchalanishning ikkita varianti farqlanadi. Agar beta-emirilish jarayonida hosil boʻlgan elektron va antineytrinoning spinlari parallel bo'lsa (masalan, beta-minus parchalanishi), u holda Gamow-Teller tipidagi o'tish sodir bo'ladi. Agar elektron va antineytrinoning spinlari qarama-qarshi yo'naltirilgan bo'lsa, Fermi tipidagi o'tish sodir bo'ladi ^[3] (1-rasmga qarang). Fermi o'zaro ta'siri ).

Kyuri grafigi

Kyuri grafigi ^[4] (shuningdek, Fermi syujeti deb ham ataladi) beta-parchalanishni o'rganish uchun ishlatiladigan diagrammadir. Bu ma'lum energiyaga ega boʻlgan chiqarilgan beta zarralar sonining kvadrat ildizining Fermi funktsiyasiga bo'lingan energiyaga bog'liqligi. Ruxsat etilgan (va ba'zi taqiqlangan) beta-parchalanish uchun Kyuri syujeti chiziqli (energiya bo'yicha yuqoriga egilgan to'g'ri chiziq). Agar neytrinolar cheklangan massaga ega bo'lsa, u holda energiya o'qi bilan kesishish nuqtasi yaqinidagi Kyuri grafigi chiziqlidan chetga chiqadi, bu esa neytrino massasini o'lchash imkonini beradi.

ikki tomonlama beta parchalanishi

Ba'zi yadrolar ikki marta beta-emirilishi mumkin ( $ββ$ -emirilish), bunda yadro zaryadi bir emas, balki ikki birlikka o'zgaradi. Eng amaliy holatlarda bunday yadrolar beta-barqaror (ya'ni oddiy beta-parchalanish energetik jihatdan taqiqlangan), chunki qachon $β$ - va $ββ$ parchalanishiga ham ruxsat beriladi, b parchalanish ehtimoli (odatda) ancha katta, bu juda kam uchraydigan tadqiqotlarga xalaqit beradi. $ββ$ parchalanish. Shunday qilib, $ββ$ emirilish odatda faqat beta-barqaror yadrolar uchun o'rganiladi. Oddiy beta-parchalanish kabi, ikki tomonlama beta-parchalanish ham o'zgarmaydi $A$ ; shuning uchun berilgan bilan nuklidlardan kamida bittasi $A$ oddiy va ikki tomonlama beta-parchalanishga nisbatan barqaror bo'lishi kerak.

Tarixi

Tarixiy jihatdan beta-parchalanishni o'rganish neytrino mavjudligining birinchi jismoniy dalillariga olib keldi. 1914 yilda J.Chedvik eksperimental ravishda beta-parchalanish vaqtida chiqarilgan elektronlarning energiyalari diskret spektrga emas, balki doimiylikka ega ekanligini ko'rsatdi. Bu energiyaning saqlanish qonuniga aniq zid edi, chunki energiyaning bir qismi beta-parchalanish jarayonlarida yo'qolganligi ma'lum bo'ldi. Ikkinchi muammo shundaki , azot-14 atomining spini 1 ga teng edi, bu Ruterfordning ½ bashoratiga zid edi. 1930 yilda yozgan mashhur maktubida Volfgang Pauli atomlar elektronlar va protonlardan tashqari, u neytron deb atagan juda engil neytral zarrachani ham o'z ichiga oladi. U bu "neytron" beta-parchalanish jarayonida chiqariladi va ilgari kuzatilmagan deb taxmin qildi. 1931 yilda Enriko Fermi Paulining "neytrinosini" neytrino deb o'zgartirdi va 1934 yilda Fermi neytrinolarni o'z ichiga olgan juda muvaffaqiyatli beta-parchalanish modelini nashr etdi .

Pozitron beta yemirilish jarayoni 1934 yilda F. Jolio-Kyuri va I. Jolio-Kyuri tomonidan kashf etilgan. Elektronlarni tutib olish hodisasi birinchi marta 1937 yilda L. Alvares ^[5] .

Shuningdek

Neytron beta parchalanishi
Teskari beta parchalanishi
ikki tomonlama beta parchalanishi
Pozitron emissiyasi
Elektron qamrash

Izohlar

Ushbu maqola Mirzo Ulug'bek nomidagi O'zbekiston Milliy universitieti Fizika fakulteti talabasi Musaxodjayeva Mushtariy tomonidan Wikita'lim loyihasi doirasida russ tilidan tarjima qilindi

Adabiyotlar

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. — ISBN 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-yil 16-oktyabrda asl nusxadan arxivlangan. Qaraldi: 2016-yil 20-fevral.
↑ „Бета-распад“. Ядерная физика в интернете. МГУ (2015-yil 17-noyabr). 2022-yil 6-yanvarda asl nusxadan arxivlangan. Qaraldi: 2016-yil 19-aprel.
↑ Назван в честь Франца Кюри (Franz N. D. Kurie), американского физика, не являющегося ни родственником, ни однофамильцем Пьера и Марии Кюри (Curie).
↑ Наумов А. И.. Физика атомного ядра и элементарных частиц. М.: «Просвещение», 1984 — 191-bet.

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

[2] „Архивированная копия“. 2005-yil 16-oktyabrda asl nusxadan arxivlangan. Qaraldi: 2016-yil 20-fevral.

[3] „Бета-распад“. Ядерная физика в интернете. МГУ (2015-yil 17-noyabr). 2022-yil 6-yanvarda asl nusxadan arxivlangan. Qaraldi: 2016-yil 19-aprel.

[4] Назван в честь Франца Кюри (Franz N. D. Kurie), американского физика, не являющегося ни родственником, ни однофамильцем Пьера и Марии Кюри (Curie).

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

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]