إن التحلل البدائي هو أحد العمليات الأساسية التي تحجب فيها النواة الذرية السافرة عن الطاقة وتنتقل إلى تشكيلة أكثر استقرارا، وخلافاً لفك التشفير الألفائي، الذي يقلل من عدد النواة من النواة، يحافظ على مجموع عدد النواة بينما يغيّر الشحنة النووية، ويكمن هذا التحول الخفيف ولكن القوي في قلب الفيزياء النووية، ويؤثر على الرعي

Understanding Beta Decay

Beta decay occurs when a neutron inside an unstable nucleus converts into a proton with the emission of a beta particle and an antineutrino (beta-minus decay), or when a proton transforms into a neutron with the emission of a positron and a neutrino (beta-plus decay). In both cases the mass number [FLT

بيتا - مينوس ديسي (بيتا -)

In beta-minus decay a neutron (n) transforms into a proton (p+), an electron (e−), and an electron antineutrino (vee):

n ⁇ p+ + e - + ve

وهذه العملية نموذجية للنواة الغنية بالنيوترونات، حيث تبلغ نسبة النيوترونات إلى البروتون (N/Z) درجة عالية جداً، وعلى سبيل المثال، فإن الكربون 14 (6C14) يزيلها بيتا - الانبعاث إلى النيتروجين - 14 (7N14)، ويبلغ نصف العمر حوالي 730 5 سنة:

6C14 ⁇ 7N14 + e - +F

فالكهرباء المنبعثة لها طيف طاقة مستمر يصل إلى أقصى قيمة (قيمة التحلل) لأن الطاقة تتقاسم بين الإلكترون و مضادات النيترونيين، وهذا الطيف المستمر كان لغزاً دفع فولفغانغ بولي إلى تأجيل وجود النيوترينو في عام 1930.

Beta-Plus Decay (ß+) and Electron Capture

في الـ "بيتا-بلس" تحول البروتون إلى نيوترون، و"بوسيترون" (هـ+)، و"نيوترينو" الإلكترونية:

+ + + + +

ويحدث هذا في النواة الغنية بالبروتون التي تبلغ فيها نسبة منخفضة جداً، والبوسيترون هي جزيئات من الإلكترونيات؛ وهي تطفو بسرعة مع إلكترون محيط، تنتج أشعة غاما تبلغ 511 كيلو فولط، وهناك عملية أخرى متنافسة هي الضبط الإلكتروني، حيث يلتقط البروتون إلكترون الذري من قذيفة داخلية، مع أن يُنتج مرة أخرى خلية.

قوانين الحفظ في بيتا ديتي

إن طيف الطاقة المستمر من جزيئات بيتا قد انتهك قوانين الحفظ المعروفة آنذاك إلى أن يتم إدخال مادة النيترينو دون رسوم أو كتلة لا تُذكر، وتحمل الطاقة والزخم المفقودين، وتتفاوت القوى النووية الضعيفة، وتميزها عن القوة القوية التي تحكم الألفا الخبيثة والنسيج.

دور بيتا ديكي في تحقيق الاستقرار النووي

ويتوقف استقرار النواة الذرية اعتماداً بالغاً على نسبة النيوترونات إلى البروتونات، وبالنسبة للعناصر الخفيفة (Z ' 20`، تبلغ نسبة الناموسيات الثابتة نحو 1، نظراً إلى ارتفاع عدد الذرّة، يتطلب وجود فائض متزايد من النيوترونات لتعويض الزيادة الكهربية المتزايدة بين البروتونات، وتُتصور هذه العلاقة في " مكان الاستقرار " ، وهو عدد ضيق من المخططات الأيسرية.

نيوترون - رايش نوكلي وبيتا - مينوس ديساي

وعندما يكون للنواة الكثير من النيوترونات، لا يمكن أن يظل النيوترونات الإضافية مستقرة، ويقلل تحويل النيوترونات إلى بروتون عن طريق بيتا - الديكاي من نسبة المنطقة الشمالية/الزاوية، ويقترب النواة من خط الاستقرار، ومن الأمثلة الكلاسيكية تفكك تريتيوم (3H) إلى هيليوم 3 (He).

3H ⁇ 3He + e - + ve

وتستخدم هذه الأيلولة في علامات الخروج، واللهجات المخففة، وكجهاز تتبع في الدراسات البيولوجية والبيئية، وهناك حالة أخرى معروفة جيدا هي البوتاسيوم - 40 (40K)، التي تتحلل من بيتا - إلى الكالسيوم - 40 (40Ca) حوالي 89 في المائة من الوقت (الباقي عبر الضبط الإلكتروني إلى أرجون - 40)، والبوتاسيوم - 40 مصدر إشعاعي طبيعي في الموز والعديد من الصخور.

Proton —Rich Nuclei and Beta‐Plus Decay / Electron Capture

() إن النولي الذي يزيد على البروتونات غير مستقر لأن تكاثر كولومب يتجاوز الملزم النووي، إذ أن تحويل البرون إلى نيترون أو ديتي أو إلكترون يلتقط كلاً منهما يرفع نسبة النيتروز (N/Z)، فعلى سبيل المثال، فإن الفلورين - 18 (9F18) يحلل من قبل دواء بيتا + مع نصف عمر يصل إلى 110 دقائق، ينتج الأكسجين (8O18).

Beta Decay Versus Other Decay Modes

وفي حين أن الفيا من الديكتا يقلل من العدد الإجمالي والذري بأربعة واثنين على التوالي، فإن البيتا لا تغير سوى الرقم الذري، أما غاما ديساي، من ناحية أخرى، فتتضمن إطلاق الطاقة من دولة نووية متحمسة دون أي تغيير في أرقام البروتون أو النيوترونات، حيث يترك الكثير من البيتا نواة البنت في حالة متحمسة، التي تزيل بسرعة عن طريق انبعاثات غاما(28).

آثار بيتا ديكاي

(بيتا ديساي) تُلمس تقريباً كل فرع من الفيزياء والكيمياء والبيولوجيا والطب، وتتراوح تأثيرها بين تكوين عناصر في النجوم وقياس الزمن الجيولوجي وتشخيص الأمراض، ويلي ذلك نستكشف عدة تطبيقات رئيسية.

التدافئة والارتقاءات الراديوية

أما الطريقة القديمة للمواعدة القائمة على أساس البيتا فهي المواعدة بالكربون، التي تعتمد على التحلل البيطري - الكربوني - 14، وتنتج الأشعة الكونية باستمرار الكربون - 14 في الغلاف الجوي العلوي، وتستوعب الكائنات الحية هذا النوع من المواد حتى الموت، وبعد ذلك يبدأ الكربون - 14 في التحلل بنصف عمر قدره 730 5 سنة، وبقيام ما تبقى من الكربون - 14 في الرفات العضوية، يمكن للعلماء تحديد عمرهم الذي يصل إلى 000 50 سنة.

وثمة تقنية هامة أخرى هي تأريخ البوتاسيوم - أرون، المستخدم في الصخور والمعادن التي تزيد عن 000 100 سنة، وبوتاسيوم 40 يلتهم إلى أرجون - 40 عن طريق التقاط الإلكتروني (مع بعض الخداعيات) لأن أرجون غاز نبيل لا يرتبط كيميائياً، وكمية أرجون - 40 محاصرة في تدابير بلورة معدنية، وقد تم تثبيتها منذ ذلك الوقت.

الطب النووي والتشخيص

ويُعدّ النظائر البيتامية قيمة في التصوير والعلاج، إذ تُستخدم في التصوير، ومُنَعَات الأشعة البستانية مثل الفلورين - 18، والكربون - 11، والنيتروجين - 13، والأكسجين - 15 في المسح الضوئي، وتُكتشف أشعة غاما للإبادة في صدفة، مما يتيح للأطباء بناء ثلاثة صور للكشف عن الأوبئة في الجسم.

أما بالنسبة للعلاج، فإن مسببات البيتا مثل اليود - 131 (بيتا - نصف عمر 8 أيام) تستخدم لمعالجة سرطان الغدة الدرقية والستيرويد الفائق، وتعطي الجسيمات البيتا جرعة محلية من الإشعاع للأنسجة المرضية بينما تبث الخلايا الصحية المحيطة بها.

"الكشف عن "نيوترينو

وقد أدى التحلل المظلم إلى اكتشاف النيوترينو، وهو أحد أكثر الجسيمات الأولية إلحاحا، وفي أوائل الثلاثينات، لاحظ الفيزيائيون أن طيف الطاقة من الإلكترونات البيتا مستمر، ويُعد انتهاكاً صارخاً لحفظ الطاقة.

Beta Decay in the Early Universe and Stellar Evolution

فبدون أن يكون التحلل هو ظاهرة مختبرية فحسب، بل يؤدي دورا حاسما في الفيزياء الفلكية، من التليفزيون النواة الكبيرة إلى المراحل اللاحقة من التطور النجمي، وخلال الدقائق الأولى التي أعقبت الانفجار الكبير، كان الكون ساخنا بما فيه الكفاية بالنسبة للبروتونات والنيوترونات إلى الثياب في أضواء العناصر، وقد تم تحديد الوفرة النسبية للديون والبروتونات نتيجة ضعف في العمليات.

ستير نوكلوزين

وفي النجوم، ينتج التفريغ الهيدروجيني الهيليوم ويطلق الطاقة، فمع تطور النجوم، يصبغون عناصر أثقل، ويصلون في نهاية المطاف إلى نواة ذات حدود قصوى، بالإضافة إلى الحديد، فإن الدمج هو مادة ذات طبيعة ثابتة، ويجب أن يستغل النجم عمليات الاندماج الجديدة لبناء عناصر أثقل، وعملية التباطؤ في إنتاج الظواهر الشمسية (المتفجرة) وعملية التبريد السريع

سوبرنوفا وضآلة التفاعل

وفي إطار الاختناق الجوهري، تصل الكثافة إلى الكثافة العالية بحيث تلتقط الإلكترونية بواسطة البروتونات (الديتار العكسي)، مما ينتج انفجاراً من النيوترينوس، ويبعد هذا الانفجار النيوترينو الغالبية العظمى من الطاقة الملزمة للجرعات، وهو أمر أساسي لآلية التفجير، كما أن كشف النيوتنوز من عمليات السوبروفيكية لعام 1987(56).

خاتمة

إن التحلل النيوتى هو حجر الزاوية للفيزياء النووية، حيث أنه يوفر آلية أساسية للنواة الذرية لتحقيق الاستقرار، ومن خلال تعديل نسبة النيترون إلى البروتون، فإن هذا التداخل الضعيف يشكل توزيع النظائر في الطبيعة، ويقود التطور الحثيد للنجوم، ويخضع للتكنولوجيات القوية.

External Resources:]