„Béta-bomlás” változatai közötti eltérés

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 [[energiamegmaradás|energia-]] és [[impulzusmegmaradás]] szabályai szerint osztozkodnak. A bomlási energiát (a folyamat ún. ''Q''-értékét) a folyamatban bekövetkező tömegcsökkenésből lehet kiszámolni az Einstein-féle ''E''₀ = ''m''·''c''² összefüggés segítségével, mely alapján az energiát olykor a tömeg-egyenértékével, a tömegváltozást pedig energia-egyenértékével jellemzik.

: <math>\mathrm{~^{137}_{\ 55}Cs}_{82}\rightarrow\mathrm{~^{137}_{\ 56}Ba}_{81}^{+}+\mathrm{e}^-+\bar{\nu}_e</math>

ahol az explicite megjelenített elektron a béta-részecske, a Ba-137 leánynuklid esetében pedig azért szerepel „+” a jobb felső indexben, mert a héjeletronokhéjelektronok száma nem változott (maradt 55), viszont a magtöltés 56-ra nőtt, (formálisan) tehát egy egyszeresen töltött pozitív ion jött létre.

A fenti 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"„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"„fölösleges” (béta-)elektronunk – a bruttó egyenletet így írhatjuk fel:

'''Megjegyzés:''' A fentebb hivatkozott adatbázisban a <math>\Delta</math> (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 <math>\Delta</math>-hoz, mert ''A'' állandó; ha tehát <math>\Delta</math> nagyobb (negatív adatoknál ez kisebb abszolót értéketabszolútértéket jelent), akkor az ''M'' nuklidtömeg is nagyobb. Az angol Wikipediában<ref><tt>http://en.wikipedia.org/wiki/Index_to_isotope_pages</tt></ref> u egységben szerepelnek a nuklidtömegek az „Isotopic mass (u)” oszlopban.

Viszonylagos protonfelesleggel rendelkező atomokra jellemző folyamat. A szabad proton stabil, ill. legalább ~10³⁰ év a közepes élettartama<ref><tt>http://pdg.lbl.gov/2009/tables/rpp2009-tab-baryons-N.pdf</tt></ref> (szemben a Világegyetem korával, mely „csak” ~1,4×10^4{{e|10}} év). A bomlás során a ''magban kötött'' [[proton]]ok egyike [[neutron]]ná alakul, miközben egy [[pozitron]] és egy elektron[[neutrínó]] távozik:

ahol a Ne-22 leánynuklid esetében azért szerepel „–”„−” a jobb felső indexben, mert a héjeletronokhéjelektronok száma nem változott (maradt 11), viszont a magtöltés 10-re csökkent, (formálisan) tehát egy egyszeresen töltött negatív ion jött létre. (Valójában a keletkező atom erősen gerjesztett elektronállapotú, s [[Auger-effektus]] következtében a ténylegesen megfigyelt ion akár pozitív is lehet. Itt viszont ezzel a kérdéssel nem foglalkozunk, mert csakis a megmaradási törvényekre koncentrálunk.)

ahol a <math>\Leftrightarrow</math> jel úgy olvasandó, hogy „egyenértékű”. Vagyis a pozitív béta-bomlás csak akkor mehet végbe, ha a nuklidtömegek csökkenése legalább két elektrontömegnyi, ami valamivel több, mint 1 MeV energiának felel meg az ''E''₀ = ''m''·''c''² összefüggés szerint. (A legnagyobb első ionizációs energia ~3025 eV – maximum ekkora energiákról szól az egyszerű kémia –, itt pedig ennek ~30000040000-szereséről van szó.)

EC során ''egy atom magjában kötött'' [[proton]]ok egyike [[neutron]]ná alakul át egy a magban „időző” héjelektronnal, amely nagy valószínűséggel egy K-elektron lesz, hiszen azoknak a legnagyobb a megtalálási valószínűségük a mag parányi térfogatában. (Ne feledjük: a K-elektronok 1s elektronok, melyek esetében a hullámfüggvény abszolút értékének négyzete éppen a magban veszi fel a maximumát, s a mag közepétől távolodva rohamosan csökken.) Az elektronbefogás „egyesülés” jellegéből következik, hogy minden, ami befolyásolja az 1s elektronok (és általában az s elektronok) sűrűségét a magban (kémiai környezet, extrém nagy nyomás), egy csöppet befolyásolja a bomlási állandót is[<ref>{{cite web|url=http://www.sciencedirect.com/science?_ob=ArticleURL&_udi=B6V61-44M2F5K-2&_user=10&_rdoc=1&_fmt=&_orig=search&_sort=d&_docanchor=&view=c&_searchStrId=1142896549&_rerunOrigin=google&_acct=C000050221&_version=1&_urlVersion=0&_userid=10&md5=f259267596a4389ecc11e70d8c0912c5]|accessdate=2009-12-21|title=Does the calculated decay constant for ⁷Be vary significantly with chemical form and/or applied pressure?}}</ref>.

Minthogy a héjeletronokhéjelektronok száma együtt csökkent a protonok számával, „könyvelés” szempontjából eleve semleges atom jön létre, és „eltüntetni való” pozitron sincs. Mindazonáltal a befogott K-elektron kötési energiáját mindenképpen fedeznie kell a tömegkülönbségnek:

A β-bomlás volt az első jele a [[neutrínó]] létezésének. [[1911]]-ben [[Lise Meitner]] és [[Otto Hahn]] végrehajtott egy kísérletet, mely kimutatta, hogy a béta-bomlás során a keletkező elektronok energiaeloszlása folytonos, míg más kísérleti eredmények alapján azt várták, hogy diszkrét legyen. Az [[alfa-bomlás]]ról ugyanis már előzőleg kimutatták, hogy egy adott mag esetében csak meghatározott energiájú alfa -részecskéket észlelünk. Bomoljon el egy A elem alfa -bomlással B elemre, majd a B elem béta -bomlással C elemre, majd a C újból alfa -bomlással D stabil elemre. Ha az alfa -sugárzás diszkrét, akkor a béta -sugárzásnak is diszkrétnek kell lennie (mert a végtermék energiája is diszkrét). Úgy tűnt, hogy sérül az [[energiamegmaradás törvénye]]. Ezt a sérülést néhány fizikus el is fogadta tényként. Egy [[1930]]-ban írt levelében [[Wolfgang Pauli]] feltételezte, hogy a hiányzó energiát egy még fel nem fedezett kis tömegű semleges részecske viszi el, amely addig az atommagban helyezkedik el. (Ennek a részecskének feltétlenül töltés nélkülinek kell lennie, hiszen nem hagy nyomot a [[ködkamra|ködkamrában]].) A részletes [[Fermi-elmélet|elméletet]] [[Enrico Fermi]] dolgozta ki [[1934]]-ben.

== ForrássokForrások ==