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la desintegración beta
la desintegración beta
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En la física nuclear , la desintegración beta ( β -decay) es un tipo de desintegración radiactiva en el que un rayo beta (rápido energético de electrones o positrones ), y un neutrino son emitidos desde un núcleo atómico . Por ejemplo, la desintegración beta de un neutrón lo transforma en un protón por la emisión de un electrón, o por el contrario un protón se convierte en un neutrón por la emisión de un (positrones emisión de positrones ), cambiando así la nucleido tipo. Ni la partícula beta ni su neutrino asociado existen dentro del núcleo antes de la desintegración beta, sino que se crean en el proceso de descomposición. Mediante este proceso, átomos inestables obtener una más estable relación de protones a los neutrones . La probabilidad de una descomposición nucleido debido a beta y otras formas de deterioro se determina por su energía de enlace . Las energías de enlace de todos los nucleidos existentes forman lo que se llama el nucleares valle de la estabilidad .
Decaimiento Beta es una consecuencia de la fuerza débil , que se caracteriza por relativamente largos tiempos de decaimiento. Nucleones se componen de arriba o hacia abajo quarks , y la fuerza débil permite un quark para cambiar el tipo por el intercambio de un Higgs W y la creación de un electrón / antineutrino o par de positrones / neutrino. Por ejemplo, un neutrón, compuesto por dos quarks abajo y un quark arriba, se desintegra en un protón compuesto de un quark abajo y dos quarks arriba. Tiempos de decaimiento para muchos nucleidos que están sujetas a la desintegración beta pueden ser miles de años.
La captura de electrones se incluye a veces como un tipo de desintegración beta, ya que el proceso nuclear básica, mediada por la fuerza débil , que es lo mismo. En la captura de electrones, un electrón atómico interior es capturado por un protón en el núcleo, transformándolo en un neutrón y un neutrino electrón se libera.
β -
descomposición en un núcleo atómico (se omite el antineutrino de acompañamiento). El recuadro muestra la desintegración beta de un neutrón libre. En ambos procesos, la emisión de un intermedio virtual
W - no se muestra Higgs (que entonces decae a electrón y antineutrino).
Los dos tipos de desintegración beta se conocen como menos beta y beta plus . En beta menos (β - ) decadencia, un neutrón se convierte en un protón y el proceso crea un electrón y un antineutrino de electrones ; mientras que en beta más (β + decaimiento), un protón se convierte en un neutrón y el proceso crea un positrón y un neutrino electrónico . β + decaimiento también se conoce como emisión de positrones .
Los dos tipos de desintegración beta se conocen como menos beta y beta plus . En beta menos (β - ) decadencia, un neutrón se convierte en un protón y el proceso crea un electrón y un antineutrino de electrones ; mientras que en beta más (β + decaimiento), un protón se convierte en un neutrón y el proceso crea un positrón y un neutrino electrónico . β + decaimiento también se conoce como emisión de positrones .
Descripción
Descripción
Decaimiento Beta conserva un número cuántico conocido como el número leptónico , o el número de electrones y su neutrinos asociado (otras leptones son los muón y tau partículas). Estas partículas han leptónico número 1, mientras que sus antipartículas han leptónico número -1. Desde un protón o un neutrón ha leptónico número cero, β +decaimiento (un positrón, o antielectrón) debe ser acompañado con un neutrino electrónico, mientras que β - desintegración (un electrón) debe ir acompañada de un antineutrino de electrones.
Un ejemplo de la emisión de electrones (β - decaimiento) es la decadencia de carbono-14 en nitrógeno-14 con una vida media de aproximadamente 5730 años:
→14 7 N + e - + ν eEn esta forma de decaimiento, el elemento original se convierte en un nuevo elemento químico en un proceso conocido como transmutación . Este nuevo elemento tiene un sin cambios el número de masa A , sino un número atómico Z que se incrementa en uno. Como en todas las desintegraciones nucleares, el elemento de descomposición (en este caso 14
14
6 C
6 C
) se conoce como el nucleido padre mientras que el elemento resultante (en este caso 14
7 N
) se conoce como el nucleido hijo .
Un ejemplo de emisión de positrones es la decadencia de magnesio-23 en sodio-23 con una vida media de alrededor de 11,3 s:
→23 11 Na + e + + ν e
23
12 Mg
β + decaimiento también resulta en transmutación, con el elemento resultante que tiene un número atómico que se disminuye en uno.
El espectro beta, o la distribución de valores de energía para las partículas beta, es continua. La energía total del proceso de la caries se divide entre el electrón, el antineutrino, y el nucleido retroceso. En la figura de la derecha, un ejemplo de un electrón con energía 0,40 MeV de la desintegración beta de 210 se muestra Bi. En este ejemplo, la energía total de desintegración es 1,16 MeV, por lo que el antineutrino tiene la energía restante: 1.16-0.40 = 0,76 MeV. Un electrón en el extremo derecho de la curva tendría la energía cinética máxima posible, dejando la energía del neutrino ser sólo su pequeña masa en reposo.
Nucleus · nucleones ( p , n ) · la materia nuclear · fuerza nuclear · estructura Nuclear · reacción Nuclear
Nucleidos clasificación '[mostrar]
Estabilidad Nuclear[mostrar]
El decaimiento radiactivo[mostrar]
Procesos de captura de[mostrar]
Procesos de alta energía[mostrar]
la astrofísica nuclear[mostrar]
Historia
Historia
Descubrimiento y caracterización inicial
Descubrimiento y caracterización inicial
) se descompone por β - descomposición en un protón ( p ):n
→ p + e - + ν e .
Al fundamental nivel (como se representa en el diagrama de Feynman a la derecha), esto es causado por la conversión de la carga negativa (-
→A Z 1 X'+e- + ν e[1]donde A y Z son el número de masa y número atómico del núcleo en descomposición, y X y X' son los elementos inicial y final, respectivamente.
A
Z X
Otro ejemplo es cuando el neutrón libre ( 1
0 n
La radiactividad fue descubierta en 1896 por Henri Becquerel en el uranio , y posteriormente observada por Marie y Pierre Curie en el torio y en la nueva elementos polonio y el radio . En 1899, Ernest Rutherford separa emisiones radiactivas en dos tipos: alfa y beta (ahora beta menos), en base a la penetración de objetos y la capacidad de causar la ionización. Rayos alfa podrá ser detenido con hojas delgadas de papel o de aluminio, mientras que los rayos beta podían penetrar varios milímetros de aluminio. En 1900, Paul Villard identificó una todavía más tipo penetrante de radiación, que Rutherford identificó como un fundamentalmente nuevo tipo en 1903 y se denominó rayos gamma . Alfa, beta y gamma son las tres primeras letras del alfabeto griego .
En 1900, Becquerel midió la relación de masa a carga ( m / e ) para las partículas beta por el método de JJ Thomson utilizado para estudiar los rayos catódicos e identificar el electrón. Él encontró que m / e para una partícula beta es el mismo que el de electrones de Thomson, y por lo tanto sugiere que la partícula beta es, de hecho, un electrón. [ Citación necesaria ]
En 1901, Rutherford y Frederick Soddy mostraron que la alfa y la radiactividad beta implica la transmutación de los átomos en átomos de otros elementos químicos. En 1913, después de que se conocen los productos de desintegraciones más radiactivo, Soddy y Kazimierz Fajans propusieron independiente su ley del desplazamiento radiactivo , que establece que (es decir, beta
β - ) de emisión de un elemento produce otro elemento de un lugar a la derecha en la tabla periódica , mientras emisión alfa produce un elemento dos lugares a la izquierda.
Los neutrinos
Los neutrinos
El estudio de la desintegración beta proporcionó la primera evidencia física para la existencia del neutrino . En tanto alfa y gamma decaimiento, la partícula resultante tiene una energía estrecha distribución , puesto que la partícula lleva la energía de la diferencia entre los estados nucleares inicial y final. Sin embargo, la distribución de energía cinética, o espectro, de las partículas beta medido por Lise Meitner y Otto Hahn en 1911 y por Jean Danysz en 1913 mostraron múltiples líneas sobre un fondo difuso. Estas mediciones ofrecieron el primer indicio de que las partículas beta tienen un espectro continuo. En 1914, James Chadwick utiliza un magnético espectrómetro con uno de de Hans Geiger nuevos contadores para hacer mediciones más precisas que mostraron que el espectro era continuo. La distribución de las energías de las partículas beta era en aparente contradicción con la ley de conservación de la energía . Si la desintegración beta estaban emisión simplemente de electrones como se supone en el momento, entonces la energía del electrón emitido debe tener un valor particular y bien definido. Para la desintegración beta, sin embargo, la amplia distribución observada de las energías sugirió que la energía se pierde en el proceso de la desintegración beta. Este espectro fue desconcertante para muchos años.
Un segundo problema está relacionado con la conservación del momento angular . Los espectros de banda Molecular mostró que el espín nuclear de nitrógeno-14 es 1 (es decir, igual a la constante de Planck reducida ) y, más generalmente que el espín es integral para núcleos de incluso número de masa y un medio-integral para núcleos de número de masa impar. Esto se explica más adelante por el modelo de protones neutrones del núcleo . desintegración beta deja el número de masa sin cambios, por lo que el cambio de espín nuclear debe ser un entero. Sin embargo, el espín electrónico es un medio, por lo tanto, el momento angular no se conserva si la desintegración beta estaban emisión simplemente de electrones.
De 1920-1927, Charles Drummond Ellis (junto con Chadwick y colegas) estableció además que el espectro de la desintegración beta es continua. En 1933, Ellis y Nevill Mott obtiene una fuerte evidencia de que el espectro beta tiene una superior efectivo atado en energía. Niels Bohr había sugerido que el espectro beta podría explicarse si la conservación de la energía era cierto sólo en un sentido estadístico, por lo que este principio podría ser violado en ningún decaimiento dado. : 27 Sin embargo, el límite superior en energías beta determinados por Ellis y Mott descartar esa noción. Ahora, el problema de cómo dar cuenta de la variabilidad de la energía en productos de desintegración beta conocidos, así como para la conservación del momento y el momento angular en el proceso, se agudizó.
En una famosa carta escrita en 1930, Wolfgang Pauli intentó resolver el dilema de la energía de partículas beta por lo que sugiere que, además de electrones y protones, núcleos atómicos también contenían una partícula neutra extremadamente ligero, al que llamó el neutrón. Sugirió que este "neutrones" también fue emitida durante la desintegración beta (lo que explica la falta de energía conocido, el impulso y el momento angular), pero aún no había sido observado simplemente. En 1931, Enrico Fermi a llamarse "neutrones" de Pauli de neutrinos. En 1934, publicó su Fermi hito teoría de la desintegración beta , donde aplicó los principios de la relatividad a la materia de partículas, en el supuesto de que pueden ser creados y aniquilados, al igual que los cuantos de luz en las transiciones atómicas. Así, según Fermi, neutrinos son creados en el proceso de desintegración beta, en lugar de contenido en el núcleo; lo mismo sucede con los electrones. La interacción de neutrinos con la materia era tan débil que la detección resultó un reto experimental grave. Se obtuvo evidencia adicional indirecta de la existencia del neutrino mediante la observación del retroceso de los núcleos que emiten una partícula tal después de absorber un electrón. Los neutrinos fueron finalmente detectados directamente en 1956 por Clyde Cowan y Frederick Reines en el experimento del neutrino . Las propiedades de los neutrinos eran (con unas pocas modificaciones menores) como se predijo por Pauli y Fermi.
β +
β +
decadencia y la captura de electrones
decadencia y la captura de electrones
En 1934, Frédéric y Irène Joliot-Curie bombardeado de aluminio con partículas alfa para efectuar la reacción nuclear 4
+ 27 13 Al → 30 15 P + 1 0 n , y observó que el isótopo producto 30
2 Él
15 P
emite un positrón idénticas a las encontrado en los rayos cósmicos (descubierto por Carl David Anderson en 1932). Este fue el primer ejemplo de β +
decaimiento ( por emisión de positrones ), que ellos llamaron radiactividad artificial desde 30 15 P
es un nucleido de corta duración que no existe en la naturaleza.
La teoría de la captura de electrones se discutió por primera vez por Gian-Carlo Wick en un documento de 1934, y luego desarrollado por Hideki Yukawa y otros. Captura K-electrón se observó por primera vez en 1937 por Luis Alvarez , en el nucleido 48 V. Alvarez fue a estudiar captura de electrones en 67 Ga y otros nucleidos.
No conservación de la paridad
No conservación de la paridad
En 1956, Tsung-Dao Lee y Chen Ning Yang di cuenta de que no había evidencia de que la paridad se conserva en las interacciones débiles, y por lo que postularon que esta simetría no se puede conservar por la fuerza débil. Esbozaron el diseño de un experimento para probar conservación de la paridad en el laboratorio. Más tarde ese año, Chien-Shiung Wu y colaboradores llevaron a cabo el experimento Wu que muestra un decaimiento beta asimétrica de cobalto-60 a temperaturas frías que demostraron que la paridad no se conserva en la desintegración beta. Este sorprendente resultado se volcó supuestos de larga data sobre la paridad y la fuerza débil. En reconocimiento de su trabajo teórico, Lee y Yang fueron galardonados con el Premio Nobel de Física en 1957.
β - decaimiento
β - decaimiento
β - caries, la interacción débil convierte un núcleo atómico en un núcleo con número atómico incrementado en uno, mientras que emite un electrón (
En
e - ) y un antineutrino de electrones ( ν e ). β - decaimiento ocurre generalmente en los núcleos ricos en neutrones. [17] La ecuación genérica es:
El diagrama de Feynman para
β -
desintegración de un neutrón en un protón , electrón , y antineutrino de electrones a través de un intermedio
Higgs .
Un espectro beta, que muestra una división típica de energía entre electrones y antineutrino
/
3
/3
e) hasta quark por emisión de un W - Higgs ; el W - Higgs se desintegra posteriormente en un electrón y un antineutrino de electrones:
→ U + e - + ν e .
d
β + decaimiento
β + decaimiento
β + decaimiento, o "emisión de positrones", la interacción débil convierte un núcleo atómico en un núcleo con número atómico disminuido por uno, mientras que emite un positrón (
En
β + decaimiento ocurre generalmente en los núcleos de protones-rico. La ecuación genérica es:
e + ) y un neutrino electrónico ( ν e ).
→A Z -1 X'+e+ +νe[1]
A
Z X
Esto puede ser considerado como la desintegración de un protón en el interior del núcleo para un neutrón
e + + ν e[1]
p → n +
β + decaimiento no puede ocurrir en un protón aislado porque requiere energía debido a la masa del neutrón es mayor que la masa del protón. β + decaimiento sólo puede ocurrir núcleos interiores cuando la núcleo hijo tiene una mayor energía de enlace (y por lo tanto una energía total menor) que el núcleo madre. La diferencia entre estas energías entra en la reacción de conversión de un protón en un neutrón, un positrón y un neutrino y en la energía cinética de estas partículas. Este proceso es opuesta a la desintegración beta negativa, en que la interacción débil convierte un protón en un neutrón convirtiendo un quark arriba en un quark abajo que resulta en la emisión de un
Sin embargo,
W + o la absorción de un
W - .
La captura de electrones (captura K)
La captura de electrones (captura K)
β + se permite energéticamente decaimiento (emisión de positrones) de un núcleo, también lo es la captura de electrones permitido. Este es un proceso durante el cual un núcleo captura uno de sus electrones atómicos, lo que resulta en la emisión de un neutrino:
En todos los casos donde
+e- →A Z -1 X'+νe
A
Z X
Un ejemplo de captura de electrones es uno de los modos de desintegración de criptón-81 en bromo-81 :
+ e - →81 35 Br + ν e
81
36 Kr
Todos los neutrinos emitidos son de la misma energía. En los núcleos de protones ricos en donde la diferencia de energía entre los estados inicial y final es inferior a 2 m e c 2 ,
β +
decaimiento no es energéticamente posible y de captura de electrones es el modo de desintegración suela.
Si el electrón capturado proviene de la capa más interna del átomo, el K-shell , que tiene la mayor probabilidad de interactuar con el núcleo, el proceso se denomina K-captura. Si se trata de la L-cáscara, el proceso se llama L-captura, etc.
La captura de electrones es un (simultánea) proceso de descomposición competir por todos los núcleos que pueden sufrir β + decadencia. Lo contrario, sin embargo, no es cierto: captura de electrones es la única tipo de desintegración que se permite en nucleidos de protones ricos que no tienen la energía suficiente para emitir un positrón y neutrinos.
Transmutación
Transmutación
Si el protón y el neutrón son parte de un núcleo atómico , los procesos de desintegración descritas anteriormente transmutan un elemento químico en otro. Por ejemplo:
La desintegración beta no cambia el número ( A ) de nucleones en el núcleo, pero los cambios sólo su carga Z . Así, el conjunto de todos los nucleidos con el mismo A puede ser introducido; estos isobáricas núclidos pueden convertirse en uno al otro a través de la desintegración beta. Para un determinado A hay uno que es más estable. Se dice que es beta estable, debido a que presenta un mínimos locales de la exceso de masa : si un núcleo de este tipo tiene ( A , Z ) números, los núcleos vecino ( A , Z -1) y ( A , Z 1) tener mayor exceso de masa y puede desintegración beta en ( A , Z ) , pero no viceversa. Para todos los números de masa extraña Una , sólo hay un conocido isobaras beta estable. Para aún A , hay hasta tres diferentes isobaras beta-estable experimentalmente conocidas; por ejemplo, 96
, 96 42 Mo , y 96 44 Ru son todos beta-estable. Hay alrededor de 355 conocidos isótopo estable desintegración beta .
40 Zr
Competencia de tipos de desintegración beta
Competencia de tipos de desintegración beta
Por lo general, los nucleidos inestables son claramente ya sea "de neutrones ricos" o "ricos de protones", con el primero que experimenta desintegración beta y la segunda captura de electrones que experimenta (o más raramente, debido a los mayores requerimientos de energía, el decaimiento de positrones). Sin embargo, en algunos casos de impar de protones, neutrones radionucleidos impar, puede ser energéticamente favorable para el radionucleido a decaer a una aún-protones, neutrones, incluso-isobaras ya sea por sometidos beta-positivo o negativo decaimiento beta. Un ejemplo frecuentemente citado es el único isótopo 64
(29 protones, 35 neutrones), que ilustra tres tipos de desintegración beta en competencia. Cobre-64 tiene una vida media de aproximadamente 12,7 horas. Este isótopo tiene un protón y un neutrón no apareado desapareado, así que o el protón o el neutrón pueden decaer. Este nucleido en particular (aunque no todos los nucleidos en esta situación) es casi la misma probabilidad de decaer a través de la desintegración del protón por emisión de positrones (18%) o de captura de electrones (43%) a 64
28 Ni
, ya que es a través de la descomposición de neutrones por la emisión de electrones ( 39%) a 64
.
30 Zn
Estabilidad de nucleidos de origen natural
Estabilidad de nucleidos de origen natural
La mayoría se producen naturalmente en la tierra son nucleidos beta estable. Aquellos que no se tienen vidas medias que van desde menos de un segundo a períodos de tiempo significativamente mayor que la edad del universo . Un ejemplo común de un isótopo de larga duración es el nucleido impar-protón impar de neutrones 40
, que se somete a los tres tipos de desintegración beta (
β - , β + y captura de electrones) con una vida media de 1.277 × 10 9 años .
Normas de conservación de la desintegración beta
Normas de conservación de la desintegración beta
Número Baryon se conserva
Número Baryon se conserva
dónde
es el número de quarks constituyentes, y
es el número de antiquarks constituyentes.
La desintegración beta sólo cambia de neutrones a protones o, en el caso de la desintegración beta positiva ( captura de electrones ) de protones que de neutrones por lo que el número de individuales quarks no cambian. Es sólo el sabor de bariones que cambia, aquí etiquetada como la isospín .
Arriba y abajo de los quarks tienen isospín totales y proyecciones isospin
El resto de los quarks tienen que = 0.
En general
Número Lepton se conserva
Número Lepton se conserva
por lo que todos los leptones han asignado un valor de 1, antileptones -1, y partículas no leptónicas 0.
El momento angular
El momento angular
Para decaimientos permitidos, el momento angular orbital neta es cero, por lo que sólo giran números cuánticos son considerados.
El electrón y antineutrino son fermiones , objetos de spin-1/2, por lo que puede acoplarse a un total de
(Paralelo) o (Anti-paralelo).
Para desintegraciones prohibidos, el momento angular orbital también debe tenerse en consideración.
Liberación de energía
Liberación de energía
El Q valor se define como la energía total liberada en una desintegración nuclear dado. En la desintegración beta, Q es por lo tanto también la suma de las energías cinéticas de la partícula, neutrino, y el núcleo retrocediendo beta emitida. (Debido a la gran masa del núcleo en comparación con la de la partícula beta y neutrinos, la energía cinética del núcleo de retroceso puede generalmente ser descuidado.) Por lo tanto, partículas beta pueden ser emitidos con cualquier energía cinética varía de 0 a Q . [1] Un típico Q es de alrededor de 1 MeV , pero puede variar de unos pocos keV a unas pocas decenas de MeV.
Puesto que la masa en reposo del electrón es 511 keV, las partículas beta más energéticos son ultrarrelativista , con velocidades muy cercanas a la velocidad de la luz .
β - decaimiento
β - decaimiento
Considere la ecuación genérica para la desintegración beta
→A Z 1 X'+e- + ν e .
Un
Z X
El Q valor de esta descomposición es
,
dónde
es la masa del núcleo de la A Z X
átomo, es la masa del electrón, y es la masa de la antineutrino de electrones. En otras palabras, la energía total liberada es la energía de la masa del núcleo inicial, menos la energía de la masa de la final de núcleo, electrón, y antineutrino. La masa del núcleo m N está relacionado con el patrón de masa atómica m por
.
Es decir, la masa atómica total es la masa del núcleo, más la masa de los electrones, menos la energía de enlace B i de cada electrón. Sustituyendo esto en nuestra ecuación original, dejando de lado la masa casi cero antineutrino y la diferencia en energía de enlace del electrón, que es muy pequeño para alta Z átomos, tenemos
Esta energía se lleva lejos como energía cinética por el electrón y neutrino.
Debido a que la reacción tendrá lugar sólo cuando el Q -valor es positivo, β - decaimiento puede ocurrir cuando la masa del átomo A
es mayor que la masa del átomo A Z 1 X' .
Z X
β + decaimiento
β + decaimiento
Las ecuaciones para β + desintegración son similares, con la ecuación genérica
→A Z -1 X'+e+ +νe
A
Z X
dando
.
Sin embargo, en esta ecuación, las masas de electrones no se anulan, y nos quedamos con
Debido a que la reacción tendrá lugar sólo cuando el Q -valor es positivo, β + decaimiento puede ocurrir cuando la masa de átomo A
excede la de A Z -1 X' por al menos dos veces la masa del electrón.
Z X
La captura de electrones
La captura de electrones
El cálculo análogo para la captura de electrón debe tener en cuenta la energía de enlace de los electrones. Esto es porque el átomo será dejado en un estado excitado después de la captura del electrón, y la energía de unión del electrón más interno capturado es significativo. Usando la ecuación genérica para la captura de electrones
+e- →A Z -1 X'+νe
A
Z X
tenemos
,
lo que simplifica a
,
donde B n es la energía de enlace del electrón capturado.
Debido a que la energía de enlace del electrón es mucho menor que la masa del electrón, los núcleos que pueden sufrir β + descomposición siempre se puede también sufrir de captura de electrones, pero lo contrario no es cierto.
Espectro de emisión beta
Espectro de emisión beta
La desintegración beta se puede considerar como una perturbación tal como se describe en la mecánica cuántica, y por lo tanto la regla de oro de Fermi se puede aplicar. Esto conduce a una expresión para el espectro de energía cinética N ( T ) de betas emitidos como sigue:
donde T es la energía cinética, C L es una función de forma que depende de la forbiddenness de la decadencia (que es constante para desintegraciones permitidos), F ( Z , T ) es la función de Fermi (véase abajo) con Z la carga de la núcleo-estado final, e = T + mc 2 es la energía total, p = √ ( e / c ) 2 - ( mc ) 2 es el impulso, y Q es el valor Q de la decadencia. La energía cinética del neutrino emitido viene dado aproximadamente por Q menos la energía cinética de la beta.
Como un ejemplo, el espectro de la desintegración beta de 210 Bi (originalmente llamado RAE) se muestra a la derecha.
Espectro beta de 210 Bi. E max = Q = 1.16 MeV es la máxima energía
La función de Fermi [
La función de Fermi [
La función de Fermi que aparece en la fórmula espectro beta explica la Coulomb de atracción / repulsión entre la beta emitida y el núcleo estado final. Aproximando las funciones de onda asociadas a ser simetría esférica, la función Fermi se puede analíticamente calculó que:
donde S = √ 1 - α 2 Z 2 (α es la constante de estructura fina ), η = ± α ZE / pc (+ para los electrones, - para positrones), ρ = r N / ℏ ( r N es el radio de el núcleo estado final), y Γ es la función Gamma .
Para betas no relativistas ( Q « m e c 2 ), esta expresión se puede aproximar por:
Otras aproximaciones se pueden encontrar en la literatura.
Kurie parcela
Kurie parcela
Una parcela Kurie (también conocido como una trama de Fermi-Kurie ) es un gráfico utilizado en el estudio de la desintegración beta desarrollado por Franz ND Kurie , en la que la raíz cuadrada del número de partículas beta cuyos impulsos (o energía) se encuentran dentro de un cierto rango estrecho , dividida por la función de Fermi, se representa en función de la energía de partículas beta. [29] [30] es una línea recta para las transiciones permitidas y algunas transiciones prohibida, de acuerdo con la teoría de la desintegración beta Fermi. El eje de energía (eje x) en el origen de una parcela Kurie corresponde a la máxima energía impartida a la de electrones / positrones (de la descomposición Q -valor). Con una trama Kurie uno puede encontrar el límite de la masa efectiva de un neutrino.
Helicidad (polarización) de los neutrinos, electrones y positrones emitida en la desintegración beta
Después del descubrimiento de paridad no conservación (ver Historia ), se encontró que, en la desintegración beta, se emiten electrones en su mayoría con negativo helicidad , es decir, se mueven, hablando ingenuamente, como tornillos zurdos clavadas en un material (tienen longitudinal negativo polarización ). Por el contrario, los positrones tienen en su mayoría helicidad positiva, es decir, se mueven como tornillos diestros. Los neutrinos (emitida en la desintegración de positrones) tienen helicidad positiva, mientras antineutrinos (emitidas en la desintegración de electrones) tienen helicidad negativa. [33]
Cuanto mayor sea la energía de las partículas, mayor es su polarización.
Tipos de transiciones de desintegración beta [ editar ]
Tipos de transiciones de desintegración beta [ editar ]
Artículo principal: transición desintegración beta
Desintegraciones beta pueden clasificarse de acuerdo con el momento angular ( L -valor ) y spin total ( S -valor ) de la radiación emitida. Desde el momento angular total debe ser conservada, incluyendo orbital y momento angular de espín, la desintegración beta se produce por una variedad de transiciones de estado cuántica para diversas momento angular nuclear o girar estados, conocidos como transiciones "Gamow-Teller" "Fermi" o. Cuando las partículas de desintegración beta no llevan el momento angular (L = 0), la descomposición se denomina como "permitidas", de lo contrario es "prohibido".
Otros modos de desintegración, que son raras, son conocidos como caries estado ligado y doble desintegración beta.
Transiciones de Fermi [ editar ]
Transiciones de Fermi [ editar ]
Una transición de Fermi es una desintegración beta en el que los espines de los electrones emitido (positrones) y anti-neutrino pareja (neutrinos) para spin total
, Dando lugar a un cambio del momento angular
entre los estados inicial y final del núcleo (suponiendo una transición permitida). En el límite no relativista, la parte nuclear del operador para una transición Fermi está dada por
con
la débil constante de acoplamiento vector, la isospín subir y bajar los operadores , y corriendo sobre todos los protones y neutrones en el núcleo.
Transiciones Gamow-Teller [ editar ]
Transiciones Gamow-Teller [ editar ]
Una transición Gamow-Teller es una desintegración beta en el que los espines de los electrones emitido (positrones) y anti-neutrino pareja (neutrinos) para spin total
, Dando lugar a un cambio del momento angular
entre los estados inicial y final del núcleo (suponiendo una transición permitida). En este caso, la parte nuclear del explotador está dada por
con
la débil axial-vector constante de acoplamiento, y las matrices de Pauli de espín , que pueden producir un spin-flip en el nucleón en descomposición.
Transiciones prohibidas [ editar ]
Transiciones prohibidas [ editar ]
Cuando L > 0 , la decadencia se conoce como "prohibido" . Nucleares reglas de selección requieren valores L altos que ir acompañada de cambios en la spin nuclear ( J ) y de paridad (π). Las reglas de selección para la L º transiciones prohibidas son:
donde Δπ = 1 o -1 corresponde a ningún cambio de paridad o cambio de paridad, respectivamente. El caso especial de una transición entre estados analógicas isobárica, donde la estructura del estado final es muy similar a la estructura del estado inicial, se conoce como "superallowed" para el decaimiento beta, y procede muy rápidamente. La siguiente tabla enumera los Δ J valores y Δπ para los primeros valores de L :
Modos de desintegración raras [ editar ]
Modos de desintegración raras [ editar ]
Β-Estado vinculado - decaimiento [ editar ]
Β-Estado vinculado - decaimiento [ editar ]
Una muy pequeña minoría de desintegraciones de neutrones libres (aproximadamente cuatro por millón) son los llamados "de dos cuerpos decae", en la que el protón, electrón y antineutrino se producen, pero el electrón falla para ganar la energía 13,6 eV necesario para escapar de la protón, y por lo tanto simplemente permanece unido a ella, como una neutral átomo de hidrógeno . [34] En este tipo de desintegración beta, en esencia todos los neutrones energía de desintegración se lleva fuera a la antineutrino.
Para los átomos completamente ionizados (núcleos desnudos), es posible en igualmente de manera que los electrones no pueden escapar del átomo, y que se emiten desde el núcleo en estados ligados atómicas bajas (orbitales). Esto no puede ocurrir por átomos neutros con estados ligados bajas que ya están ocupados por electrones.
El fenómeno en átomos completamente ionizados se observó primero por 163 Dy 66+ en 1992 por Jung et al. del grupo de Heavy-Darmstadt Investigación de Iones. Aunque neutral 163 Dy es un isótopo estable, el totalmente ionizado 163 Dy 66+ sufre β decadencia en las cáscaras K y L con una vida media de 47 días. [35]
Otra posibilidad es que un átomo de completamente ionizada sufre acelera enormemente decaimiento β, como se observa para 187 Re por Bosch et al., También en Darmstadt. Neutral 187 Re hace sufrir decaimiento β con una vida media de 42 × 10 9 años, pero para completamente ionizado 187 Re 75+ este se acorta en un factor de 10 9 a sólo 32,9 años. [36] Para la comparación de la variación de las tasas de descomposición de otros procesos nucleares debido a la ambiente químico es menos de 1% .
Decaimiento beta doble [ editar ]
Decaimiento beta doble [ editar ]
Artículo principal: doble desintegración beta
Algunos núcleos pueden someterse a la desintegración beta doble (decaimiento ββ) donde la carga del núcleo cambia por dos unidades. Doble desintegración beta es difícil de estudiar, ya que el proceso tiene una muy larga vida media. En los núcleos para los que son posibles tanto la caries β y la decadencia ββ, el proceso de decaimiento ββ más raro es efectivamente imposible observar. Sin embargo, en los núcleos donde se prohíbe decaimiento β pero se permite ββ decaimiento, el proceso puede ser visto y una vida media mide. [37] Por lo tanto, ββ decaimiento generalmente se estudió sólo para beta núcleos estables. Al igual que la desintegración beta solo, doble desintegración beta no cambia A ; Así, al menos uno de los nucleidos con algunos dado A tiene que ser estable con respecto tanto simple y doble desintegración beta.
Resultados de desintegración beta dobles "ordinario" en la emisión de dos electrones y dos antineutrinos. Si los neutrinos son partículas de Majorana (es decir, son sus propias antipartículas), entonces un decaimiento conocido como desintegración beta doble sin neutrinos se producirá. La mayoría de los físicos creen que los neutrinos desintegración beta sin neutrinos doble nunca se ha observado. [37]
Véase también [ editar ]
Véase también [ editar ]
Iluminación tritio , una forma de la iluminación fluorescente impulsado por la desintegración beta
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