Бета-распад

Бета распаѓањето претставува радиоактивно распаѓање на нестабилните атомски јадра проследено со емисија на бета-честички. Нестабилноста на јадрата е предизвикана од преголемиот број неутрони наспрема протони, и обратно. Постојат два типа на бета-честички: позитивни и негативни. Негативните (β<sup>-</sup> честички) се всушност електрони, а позитивните (β<sup>+</sup> честички) – позитрони (антиелектрони).
Нестабилните атомски јадра кои имаат вишок протони може да се распаднат преку β<sup>+</sup> распаѓање така што некој протон ќе се претвори во неутрон, позитрон (β<sup>+</sup> честичка) и неутрино. При β<sup>+</sup> распаѓањето јадрената енергија на новонастанатиот хемиски елемент или изотоп e поголема од онаа на стариот. Тоа е така бидејќи протонот има поголема маса од збирот на масите на неутронот и позитронот, па затоа таа „вишок“ маса се претвора во енергија.
p → n + e<sup>+</sup> + ν<sub>e</sub>
Доколку пак атомското јадро има вишок неутрони, тој ќе се стабилизира преку β<sup>-</sup> распаѓање при што некој неутрон ќе се претвори во протон, електрон (β<sup>-</sup> честичка) и антинеутрино. Тоа најчесто се појавува во јадрените реактори доколку во јадреното гориво има атомски јадра со вишок неутрони.
n → p + e<sup>-</sup> + ν<sub>e</sub>'
Овие две реакции се одвиваат бидејќи се доследни на законите за зачувување. Прво се запазува полнежот така што кога неутрална честичка (неутрон) станува позитивен протон се произведува и негативна честичка (електрон) за да вкупниот полнеж повторно биде неутрален. А неутриното/антинеутриното се создава со цел да се зачуваат лептонските броеви.
Треба да се потенцира дека ни електронот ни позитронот емитувани при бета распаѓањето не постојат во јадрото пред распаѓањето. Овие честички се создаваат со претворање на енергијата во маса на мирување. Гледано од овој агол, бета зрачењето е сосема поразлична од алфа зрачењето при која емитираната алфа-честичка и претходно постоела во јадрото. Всушност може да се каже дека бета распаѓањето повеќе наликува на емисијата на фотони при преминот на „возбуден“ атом од повисоко на пониско енергетско ниво. Сепак, постои голема разлика помеѓу емисијата на фотони и бета распаѓањето - интеракцијата при создавањето на фотони е електромагнетна. Но бидејќи неутронот е неутрален, овде електомагнетната сила не е присутна. Всушност доколку електромагнетната сила дејствува би требало да очекуваме да се случи обратното – протонот и електронот да се спојат во еден неутрон бидејќи спротивните полнежи се привлекуваат. Затоа за да се опише бета распаѓањето е воведена нова сила која мора да биде многу слаба на јадрената скала. Таа е наречена слаба јадрена сила.
1 Историја
Радиоактивноста била откриена во 1896 година од страна на Хенри Бекерел и Марија и Пјер Кири. Во 1899 година Ернест Радерфорд ја поделил радиоактивноста на два вида: алфа и бета. Во 1900 година Бекерел по низа мерења утврдил дека бета-честичката е всушност електрон. Подоцнежните истражувања околу бета распаѓањето ги донеле и првите докази за постоењето на неутриното. Во 1911 година Лиза Мајтнер и Ото Хан извеле експеримент кој покажал дека енергијата на електроните се губи при распаѓањето, што е во потполна спротивност со законот за зачувување на енергијата. Истиот чуден резултат бил повторно потврден во низа експерименти од 1920 до 1927 година. Паули во 1930 година изјавил дека во атомите постои и екстремно лесна честичка. Тој предложил дека оваа честичка исто така се емитува при бета распаѓањата, но дека досега не била откриена. Подоцна Енрико Ферми ја именувал оваа честичка во неутрино, а во 1934 година издал модел на бета распаѓање во кој биле вклучени и неутрината.
2 Откривање на ослободените неутрина
Неутрината многу слабо реагираат со останатата материја и затоа е многу тешко да се детектираат. Поради овој проблем експериментот за детекција на неутриното се заснова на законот за зачувување на импулсот. Ако бета распаѓањето е проследено со емисија на електрон, јадрото кое се распаѓа би се одбило во спротивен правец од оној на исфрлениот електрон и неговиот импулс би бил бројчено еднаков со оној на електронот. Од друга страна пак и електронот и антинеутриното се емитувани во истиот бета-распад, па во согласност со законот за зачувување на импулсот, збирот од векторите на трите импулси (електронот, антинеутриното, одбиеното јадро) би требало да остане нула, исто како што било пред распаѓањето. Па ако антинеутриното нависитна постои и е емитирано во бета-распадот, јадрото кое се распаѓа ќе се одбие кон правецот на исфрлениот електрон, што е докажано во многу експерименти.
3 Употреба на бета-честичките
Нестабилните јадра кои се распаѓаат емитирајќи бета-честички имаат широка употреба во медицината, вклучувајќи дијагностицирање, скенирање и третман на некои болести:
* јод-131 се употребува при лечењето на проблеми со штитната жлезда (како на пример рак на штитната жлезда);
* фосфор-32 се користи при истражувања во биологијата и генетиката;
* трициумот се употребува при проверување на безбедноста на новите лекови, но и кај светлечките реклами и билборди;
* јаглерод-14 е најдобар начин за да се провери староста на некои одамна изумрени организми;
* бета-честичките се користат и за лечење на рак на коските, при мерење на дебелина на некои многу тенки материјали (како на пример хартијата), во томографијата (PET scan),...
4 Влијание врз здравјето
Малата изложеност на бета-зрачење може да биде корисна, а тоа се употребува во медицината. Но поголемата изложеност на бета-честички е опасна бидејќи може да ја иритира, а во најлош случај и да ја изгори кожата. Најопасни се бета-честичките кои се директно внесени во организмот бидејќи при допир со ткивото тие го јонизираат што може во голема мера да му наштети на организмот. Јонизацијата може да ги раскине хемиските врски или да предизвика нови, со што ќе се промени составот на градбените единки на организмот (белковини, DNA, RNA,...). Додека пак подолгата изложеност на зрачење може да предизвика рак, а со тоа и смрт.
5 Користена литература
* Frank J. Blatt: „Modern Physics“, стр. 363-366.
* B. M. Yarovsky and A. A. Pinsky: „Fundamentals of Physics“, (volume II) стр. 413-417.