Beetahajoaminen

Radioaktiiviset prosessit

Radioaktiiviset prosessit:

• Alfahajoaminen
  • Alfasäteily
• Beetahajoaminen
  • Beetasäteily
• Elektronisieppaus
• Gammasäteily
• Sisäinen konversio
• Neutroniemissio
• Positroniemissio
• Protoniemissio
• Spontaani fissio

Ydinsynteesi

• Neutronin sieppaus
  • R-prosessi
  • S-prosessi
• Protonin sieppaus:
  • P-prosessi

Beetahajoaminen on ydinfysiikassa radioaktiivinen hajoaminen, jossa vapautuu beetahiukkanen (elektroni tai positroni). Beetahajoaminen johtuu energian kannalta epäedullisesta neutronien ja protonien lukumäärien suhteesta atomiytimessä. Beetahajoamisessa ydin siirtyy alempaan energiatilaan siten, että ytimen varaus muuttuu, mutta massaluku ei muutu. Tämä voi spontaanisti tapahtua kolmella tavalla:

1. β⁻-hajoamisessa ytimen neutroni muuttuu protoniksi ja samalla emittoituu elektroni ja antineutriino (${\displaystyle \scriptstyle {\bar {\nu }}}$). Vastamuodostunut protoni jää ytimeen, kun taas elektroni ja antineutriino sinkoutuvat ulos β^– -säteilynä. β⁻-hajoamisessa massaluku A ei muutu, mutta järjestysluku Z kasvaa yhdellä: $${\displaystyle {}_{Z}^{A}X\longrightarrow {}_{Z+1}^{{\phantom {1+}}A}Y+{}_{-1}^{{\phantom {-}}0}e+{\bar {v}}}$$
   
2. β⁺-hajoamisessa ytimen protoni muuttuu neutroniksi ja samalla emittoituu positroni (β⁺ -hiukkanen) ja neutriino (${\displaystyle \scriptstyle {\nu }}$). Tätä hajoamista sanotaan myös positroniemissioksi. β⁺-hajoamisen yhteydessä esiintyy myös sähkömagneettista annihilaatiosäteilyä: kun positroni ja elektroni yhtyvät, niiden lepomassa muuttuu kahdeksi annihilaatiosäteilyn kvantiksi (fotoniksi), jotka sinkoutuvat vastakkaisiin suuntiin. Annihilaatiosäteily katsotaan yleensä gammasäteilyksi, vaikka se ei olekaan peräisin atomin ytimestä. β⁺-hajoamisessa massaluku A ei muutu, mutta järjestysluku Z pienenee yhdellä: $${\displaystyle {}_{Z}^{A}X\longrightarrow {}_{Z-1}^{{\phantom {1-}}A}Y+{}_{+1}^{{\phantom {+}}0}e+v}$$
   
3. Elektronisieppaus t. -kaappaus (EC) on β⁺ -hajoamisen kanssa vaihtoehtoinen prosessi, jossa ytimen protoniluku pienenee (protoni muuttuu neutroniksi) kun ydin sieppaa atomin elektroniverhosta yhden elektronin. Elektronin sieppauksessa syntyy myös neutriinoja. Kun kaapatun elektronin tilalle siirtyy ylemmän kuoren elektroni, atomin elektroniverhosta lähtee karakteristista röntgensäteilyä:^[1]$${\displaystyle {}_{Z}^{A}{X+}_{-1}^{{\phantom {-}}0}e\longrightarrow {}_{Z-1}^{{\phantom {1-}}A}Y+v}$$
   

Vuonna 1911 Lise Meitner ja Otto Hahn tekivät kokeen, jossa beetahajoamisessa vapautuneiden elektronien energiaspektri oli jatkuva eikä diskreetti. Tämä oli selkeästi ongelmallista energian säilymislain kannalta. Vuonna 1930 Wolfgang Pauli ehdotti ongelman ratkaisuksi, että kenties olisi olemassa sähköisesti neutraali hiukkanen, jota siihenastiset kokeet eivät kyenneet havaitsemaan. Pauli nimitti tätä spekuloimaansa hiukkasta ”neutroniksi”, mutta hiukkasen nimeksi vakiintui pian Enrico Fermin ehdottama sana neutriino.

Beeta-miinus-hajoamisessa ytimen neutroni muuttuu protoniksi ja samalla vapautuu elektroni ja antineutriino. Beeta-plus-hajoamisessa ytimen protoni puolestaan muuttuu neutroniksi ja samalla vapautuu positroni ja neutriino. Koska neutroni on protonia raskaampi, vapaa neutroni hajoaa protoniksi, mutta vapaa protoni ei voi hajota neutroniksi.

Modernin hiukkasfysiikan kannalta beetahajoamisessa on kyse heikon vuorovaikutuksen välittämästä reaktiosta.

• Beetasäteily