Alfa, béta és gamma bomlik a fizika az iskolában
1. Alfa-bomlás
Az alfa-bomlás főleg a Z> 82 atomszámú nehéz magokra jellemző. Amikor az X kémiai elem Z atomszámú és A tömegű magja α-részecskét (héliummag) bocsát ki, két protont és két neutront veszít (4 nukleonok összesen)), és a Z - 2 atomszámú Y kémiai elem magjává válik, amelynek tömegszáma A - 4. A folyamatot a következőképpen rögzítjük:
(6.1) alfa-bomlás
Például az urán egyik izotópjának α-bomlása (6-1. Ábra) megadja a tórium kémiai elem magját, amelynek két egységgel kevesebb az atomszáma, és a Mendelejev-táblázat két helyen található az urán előtt:
Az α-bomlás során a nukleonok teljes száma nem változik. Például az urán bomlása az izotóp magjában 238 nukleont tartalmaz. A magokban a bomlás után kapott összes nukleon száma változatlan marad: 234 + 4 = 238 nukleon. Az elektromos töltés megmaradásának törvénye is érvényben van: a 92e urán kezdeti magjának töltése (e - elemi töltés) megegyezik a tóriummag és az α-részecske töltéseinek összegével: 90e + 2e = 92e
Az alfa-bomlás a nehéz magok instabilitásának következménye a protonok közötti elektromos taszító erők miatt. Az atomerőművi erők azonban lehetetlenné teszik az egyes protonok leválását a magról. Amikor α-részecske bocsátódik ki, egyfajta "kompromisszumot" érnek el a versengő elektromos és a nukleáris erők között: Két proton elhagyja a magot, ami a többi proton között az elektron taszításának csökkenéséhez vezet. Ugyanakkor az α-részecske négy nukleonja (két proton és két neutron) rendkívül szorosan kötődik a nukleáris erőkhöz.
2. Béta bomlás
A β-bomlás során a radioaktív mag egy elektront bocsát ki, és olyan magzá válik, amelynek azonos számú nukleonja van (azonos tömegszámú), de atomszáma egy egységgel nagyobb:
(6.2.) béta bomlás
Itt a szimbólum jelzi az elektront: a fenti "0" index azt jelzi, hogy az elektron tömegszáma nulla (nem protonokból és neutronokból áll); az alsó "-1" index azt jelzi, hogy az elektron egy elemi negatív töltés hordozója.
Az α-bomláshoz hasonlóan a nukleonok száma és a teljes elektromos töltés sem változik. A β-bomlás során a neutron protonná alakul, és a pozitív elemi töltések száma eggyel nő. Ugyanakkor megjelenik egy (az elektron) elemi negatív töltése, amelynek következtében a teljes töltés változatlan marad: (Z + 1) e + (-e) = Ze. Fontos megjegyezni azt is, hogy az eredeti radioaktív mag nem tartalmaz elektronokat. Az elektron a bomlás pillanatában jön létre, amelyhez a bomló mag többi energiájának egy részét elköltik.
A béta-bomlást például a szén-14 izotóp magjai tapasztalják:
és nitrogénmagokká alakulnak át, amely az elemek periódusos rendszerében közvetlenül a szén után helyezkedik el.
2.1. Neutrino és antineutrino
A β-bomlás során energia szabadul fel. A kutatások azonban azt mutatják, hogy egy része "elveszett". Ez a váratlan eredmény komoly vitákat vált ki a fizikusok között. Megsértik-e az energia megmaradásának törvényét a β-bomlás során? 1930-ban Wolfgang Pauli osztrák fizikus azt javasolta, hogy a β-bomlás felszabadítson egy másik, akkor még ismeretlen részecskét, amely elviszi a "hiányzó" energiát. Ezt a részecskét kicsinyítő névvel hívják neutrino ν, mivel elektroneutrális és feltételezzük, hogy nyugalmi állapotában nulla (vagy rendkívül kicsi) tömege van. Az anyaggal való rendkívül gyenge kölcsönhatása miatt a neutrínót kísérletileg csak 1956-ban fedezték fel.