Rieth József: Anyagvilág - Háttérismeret

Tartalomjegyzékhez < Világképem <  Anyag-időszak     

Viszonylagos neutronfelesleggel rendelkező atomokra jellemző folyamat, de a szabad neutron is negatív béta-bomló. A bomlás során a szabad neutron vagy a magban kötött neutronok egyike protonná alakul, miközben egy elektron és egy elektron-antineutrínó távozik. (A részletes leírás -- képletekkel -- itt látható!)

Spontán folyamatról lévén szó, a bomlás során energia szabadul fel. Ez a bomlási energia, melyen a keletkező részecskék (beleértve a visszalökődő leánynuklidot vagy az adott esetben a protont) az energia- és impulzusmegmaradás szabályai szerint osztozkodnak. A bomlási energiát (a folyamat ún. Q-értékét) a folyamatban bekövetkező tömegcsökkenésből lehet kiszámolni az Einstein-féle E₀ = m·c² összefüggés segítségével, mely alapján az energiát olykor a tömeg-egyenértékével, a tömegváltozást pedig energia-egyenértékével jellemzik.

Ha egy magban kötött neutron bomlik el, akkor a keletkező atom neutronszáma (N) eggyel csökken, a rendszáma (vagyis a Z protonszáma) eggyel növekszik, tömegszáma (vagyis az A=N+Z nukleonszáma) tehát változatlan marad. Az utóbbit úgy is mondhatjuk, hogy a negatív béta-bomlás – mint a másik kettő is – izobár folyamat. Nuklidos írásmódot használva (formális) egyenlettel fejezhetjük ki pl. a negatív béta-bomló Cs-137 esetében a megmaradási törvényeket. Ebben az explicite megjelenített elektron a béta-részecske, a Ba-137 leánynuklid esetében pedig azért szerepel „+” a jobb felső indexben, mert a héjelektronok száma nem változott (maradt 55), viszont a magtöltés 56-ra nőtt, (formálisan) tehát egy egyszeresen töltött pozitív ion jött létre.

A folyamategyenletben még egy dolog érdemel figyelmet: egyetlen testből (Cs-137 atom) három test jött létre. Ilyenkor az impulzusmegmaradás és az energiamegmaradás végtelen sok módon teljesülhet. Ez okozza azt a sokáig rejtélyesnek talált tényt, hogy a béta-elektronok energiaeloszlása (spektruma) folytonos, hiszen az elektron végtelen sok módon osztozkodhat az antineutrínóval a bomlási energián. Természetesen ugyanezért az antineutrínó energiaeloszlásának is folytonosnak kell lennie. (A nagy tömegű Ba-137 nuklid csak kicsi részt szakít a bomlási energiából visszalökődési energia formájában, ti. az „energiaosztalék” az osztozkodók tömegével fordítva arányos.)

Mivel a nuklidadatbázisokban semleges atomokra vonatkozó tömegadatok vannak, energiaszámításokhoz (pl. annak eldöntéséhez, hogy egy spontán folyamat – bomlás – végbemehet-e vagy sem) célszerű egy kis „kreatív” könyveléssel megszabadulni a töltéstől. Ha eltekintünk az elektron kötési energiájától, akkor – kihasználva azt, hogy egyfelől van egy elektronhiányunk, másfelől van egy „fölösleges” (béta-)elektronunk – a bruttó egyenletet felírhatjuk.

Minthogy a spontaneitás feltétele a tömegcsökkenés, és az elektronneurínók tömege kevesebb, mint 4/1000000 része az elektronénak (a Particle Data Group 2009-es táblázata 2 eV felső határt ad meg a neutrínótömeg energia-egyenértékére), nem szabad meglepődnünk azon, ha egy nuklidadatbázisban ellenőrizve azt találjuk, hogy az M nuklidtömegekre egy szokatlan reláció teljesül. Másképp ugyanis nem lehetne megfigyelni ezt a bomlást, hiszen a bomlási energiát a tömegcsökkenés biztosítja az Einstein-féle összefüggésen keresztül. A negatív béta-bomlásra vonatkozó általános spontaneitási feltétel az adott esetre tehát így fest.

Megjegyzés: A fentebb hivatkozott adatbázisban a Δ (MeV) jelű oszlopot kell nézni, mely az ún. tömegtöbbletet mutatja. Ha ehhez az értékhez hozzáadunk 931,494101×A MeV-et (ahol A a tömegszám), akkor épp a nuklidtömeg energia-egyenértékét kapjuk. Ha izobár nuklidok tömegét hasonlítjuk össze, mint itt, akkor semmit sem kell hozzáadni Δ-hoz, mert A állandó; ha tehát Δ nagyobb (negatív adatoknál ez kisebb abszolútértéket jelent), akkor az M nuklidtömeg is nagyobb. Az angol Wikipediában u egységben szerepelnek a nuklidtömegek az „Isotopic mass (u)” oszlopban.

Tartalomjegyzékhez < Világképem <  Anyag-időszak     

-----------------------

http://hu.wikipedia.org/wiki/B%C3%A9ta-boml%C3%A1s