اضمحلال بيتا

اضمحلال بيتا Beta Decay :

جسيمات بيتا هي إلكترونات أو بوزيترونات (إلكترونات ذات شحنة كهربائية موجبة). يحدث اضمحلال بيتا عندما يتحول أحد البروتونات أو النيوترونات إلى الآخر في بعض الأنوية الغير مستقرة. و هو ظاهرة النشاط الإشعاعي لعناصر كثيرة، تطلق فيه تلك العناصر أشعة بيتا.

أشعة بيتا هي فيض من الإلكترونات التي تنطلق من أنوية العناصر المشعة. و يتحول العنصر المُصَدر لتلك الإلكترونات أثناء تلك العملية التلقائية إلى عنصر آخر يتلوه مباشرة في الجدول الدوري.

• النوع الأول: يحدث لبعض العناصر غير المستقرة (ذات النشاط الإشعاعي) ويصدر منها إلكترونات .
  
• النوع الثاني: هي عناصر تطلق إلكترونات ذات شحنة كهربائية موجبة يسمى بوزيترون.

ففي كلتا الحالتين يتحلل العنصر المـُصدر لتلك الجسيمات إما إلى عنصر آخر يأتي بعده مباشرة في الجدول الدوري في حالة إصداره إلكترونًا، أو يتحلل إلى عنصر قبله مباشرة في الجدول الدوري إذا أشع أو أطلق بوزيترونًا . 

البوزيترون يتساوى مع الإلكترون في كتلته وفي عزمه المغزلي (أي عزم دورانه حول محوره مثل الغزل الكمي الذي يمتلكه إلكترونا ذو شحنة سالبة)، ويتساوي معه أيضا في مقدار شحنته الكهربائية والاختلاف بينهما يكاد ينحصر في كون الإلكترون سالب الشحنة والبوزيترون موجب الشحنة.

• النوع الثالث K capture :هو أحد أنواع الأنشطة الإشعاعية للعناصرغير المستقرة، والتي بواسطتها تنتقل نواة الذرة من حالة غير مستقرة إلى حالة نواة مستقرة، وذلك عن طريق إلتقاطها لأحد الإلكترونات الموجودة في مدار قريب منها ثم تبتلعه  .
  

النوع الأول تحلل β− : 

في هذا التحلل لأحد العناصر يتحلل أحد نيوترونات النواة فيتحلل النيوترون إلى بروتون وإلكترون (جسيم بيتا سالب) ونقيض نيوترينو إلكتروني. يطير الإلكترون ومضاد النوترينو بعيدًا عن النواة ، التي تحتوي الآن على بروتون واحد أكثر مما بدأت به. نظرًا لأن الذرة تكتسب بروتونًا أثناء تحلل β− ، فإنها تتغير من عنصر إلى آخر.

طبقاً لقانون حفظ الشحنة الكهربائية نجد أن البروتون الناتج عن التحلل شحنته موجبة وهي تساوي تماما شحنة الإلكترون الناتج أيضاً عن التحلل وبذلك تتعادل مجموع الشحنتين الواقعتين على يمين المعادلة، وإلى اليسار من المعادلة نجد النيوترون وهو متعادل الشحنة الكهربائية. بذلك يتحقق قانون حفظ الشحنة . وكما هو ظاهر على يمين المعادلة انطلاق نقيض نيوترينو إلكتروني، وهو جسيم كتلته تقترب من الصفر، ولكنه أحد الأطراف الناتجة عن التحلل ويشارك البروتون والإلكترون في حمل الطاقة الناتجة عن التحلل والانطلاق بها خارج النواة وخارج الذرة. ويجدر هنا الإشارة إلى أن نوع النيوترينو المطلق من هذه العملية اسمه نقيض نيوترينو-الإلكترون.

النوع الثاني تحلل β+ : 

حالة التحلل بإصدار بوزيترون (e+)، لا بد من تواجد فائض من الطاقة في نواة الذرة تكفي لتكوين بوزيترون كتلته مساوية لكتلة الإلكترون. ويتم هذا التحلل بواسطة بوزون ثقيل مع إطلاق نيوترينو-إلكترون . يطير البوزيترون والنيوترينو بعيدًا عن النواة ، التي تحتوي الآن على بروتون واحد أقل مما بدأت به. نظرًا لأن الذرة تفقد بروتونًا أثناء تحلل بيتا زائد ، فإنها تتغير من عنصر إلى آخر.

يلاحظ هنا أن التحلل بإطلاق البوزيترون ليس كالتحلل بإطلاق الإلكترون، لأن البروتون أخف من النيوترون ولابد من تواجد طاقة كافية لتوليد البوزيترون، وهذه الطاقة تـُستمد من نواة الذرية. وبدونها لا يمكن تحول البروتون إلى نيوترون. تلك الطاقة الزائدة المحتجزة في النواة تعمل على تحول البروتون إلى نيوترون وتوليد البوزيترون ونيوترينو-الإلكترون وإعطائهم طاقة حركية والتي ينطلقان بها خارج الذرة.

النوع الثالث التقاط الإلكترون :

تتميز إلكترونات الغلاف الذري K بأكبر احتمال لتواجدها قريبة من النواة ، ولذلك يكون اصطياد النواة لأحد إلكترونات الغلاف الذري تكون بنسبة 90 % من الغلاف (التحتي) -K-. ولذلك يسمى هذا النوع للاصطياد  K-Capture. أما اصطياد الإلكترون من الغلاف -L- أو الغلاف -M- وهما أعلى من الغلاف -K- ، فيكون احتمالهما أقل.

 -K- هو الغلاف الأول والأقرب إلى النواة، ويدور فيه اثنان من الإلكترونات، ويحدث أحياناً أن تلتقط النواة ذات الشحنة الموجبة أحد تلك الإلكترونات التي تدور حولها بفعل القوة الإلكتروستاتيكية. فيتعادل هذا الإلكترون مع أحد البروتونات في النواة مكوناً نيوتروناً، وبذلك ينخفض عدد البروتونات الموجودة في النواة بمقدار بروتون واحد، ويزيد عدد النيوترونات بنيوترون واحد، ويتحول العنصر إلى عنصر آخر قبله طبقاً للترتيب الدوري للعناصر، ويحتفظ مع ذلك بوزنه الذري. أثناء التقاط الإلكترون ، يتم سحب الإلكترون الموجود في الغلاف الداخلي للذرة إلى النواة حيث يتحد مع البروتون ، مكونًا نيوترونًا ونيوترينوًا. يُطرد النيوترينو من نواة الذرة ، وبما أن الذرة تفقد بروتونًا أثناء التقاط الإلكترون ، فإنها تتغير من عنصر إلى آخر.

 يصبح مكان الالكترون فارغاً وتصبح الذرة في حالة إثارة، ويمكنها النزول إلى الحالة المستقرة (ground state)  عن طريق أن يقفز أحد إلكترونات الغلاف الخارجي للذرة ليشغل الفراغ في الغلاف -K- وتستقر الذرة مع إصدارها لطاقة تساوي الفرق بين طاقة الغلاف الخارجي وطاقة الغلاف -K-. وتظهر تلك الطاقة على هيئة شعاع كهرومغناطيسي من الأشعة السينية، تكون طاقته عادة عشرات eVوهذه أضعف كثيراً من أشعة غاما التي تنتج أثناء التحلل بيتا، والتي تنتجها النواة. 

يؤدي تحلل التقاط الإلكترون إلى انبعاث الأشعة السينية و Auger electron  وإلكترونات التحويل الداخلي (internal conversion electrons).

إلكترونات أوجير (Auger electron) هي إلكترونات تنبعث عندما يسقط إلكترون من مستوى طاقة أعلى في فراغ في غلاف داخلي. عندما تتم إزالة إلكترون من المدار -K- تاركًا شاغر (فراغ vacancy ) ، فإن إلكترون من مستوى أعلى سينخفض بسرعة إلى هذا المستوى الأدنى لملء الفراغ ، مما يؤدي إلى إطلاق طاقة. وفي معظم الأوقات يتم إطلاقها على شكل فوتون منبعث ، إلا أنه يمكن أيضًا نقل الطاقة هذه إلى إلكترون آخر من نفس الذرة، والذي يتم طرده من الذرة ، ويسمى هذا الإلكترون المقذوف الثاني بإلكترون أوجير(auger electron).