Как найти число бета распадов

Атомная физика на ОГЭ. Вся теория и разбор заданий от преподавателя MAXIMUM

06.02.2021
19059

Атомная физика — один из труднейших разделов экзамена, а задания по этой теме кочуют из варианта в вариант каждый год. Не пугаемся! Для решения заданий ОГЭ на радиоактивность, распады и ядерные реакции нужно знать лишь самые базовые понятия. Из этой статьи вы узнаете все необходимое — атомная физика на ОГЭ обязательно вам покорится!

В этой статье:

Какие частицы необходимо помнить для сдачи ОГЭКакие ядерные распады нужно знатьАльфа-распадИзотопыБета-распад
Гамма-распадЯдерные реакцииАтомная физика на ОГЭ: что нужно запомнить

атомная физика огэ

Какие частицы необходимо помнить для сдачи ОГЭ

Чтобы перейти к практике и научиться решать хитрые задания, сначала нужно вспомнить теорию, связанную с ними.

Таблица основных частиц, которые встречаются в каждом варианте ОГЭ

Вспомним, что химические элементы обозначаются в виде ,  где

  • X – название химического элемента
  • А – массовое число, равное сумме протонов и нейтронов
  • Z – зарядовое число, равное числу протонов в ядре

Давайте раз и навсегда узнаем, что скрывается за числами рядом с названием каждого элемента. Рассмотрим пример углерода:

  • 6 — это порядковый номер и зарядовое число Z. Таким образом, в ядре атома углерода 6 протонов. Z=6.
  • 12,011 — это атомная масса. Мы будем его округлять до 12 и называть массовым числом A, то есть суммой протонов и нейтронов. A=12.
  • Получается, в ядре атома углерода 6 протонов и 6 нейтронов.

Какие ядерные распады нужно знать

На ОГЭ часто встречаются три типа распадов: альфа, бета и гамма.

Альфа-распад

α-распад — испускание ядром альфа-частицы. Что это такое? Все просто — так называют ядро атома гелия, то есть частицу из двух протонов и двух нейтронов.

  • У нас был элемент X с массовым числом A и с зарядовым числом Z
  • Атом испускает альфа-частицу с массовым числом=4 и зарядовым числом=2
  • Мы получаем новый элемент с массовым числом=A-4 и зарядовым числом=Z-2

В α-распаде заряд уменьшается на 2, а масса уменьшается на 4.

Самостоятельно подготовиться к ОГЭ непросто. На то, чтобы разобраться со всеми темами, понадобится много времени. Но и это не решит проблему! Например, если вы запомнили какое-то решение из интернета, а оно оказалось неправильным, можно на пустом месте потерять баллы. Если хотите научиться решать все задания ОГЭ по физике, обратите внимание на онлайн-курсы MAXIMUM! Наши специалисты уже проанализировали сотни вариантов ОГЭ и подготовили для вас вас максимально полезные занятия.

Приходите к нам на пробный урок! Вы узнаете всю структуру ОГЭ-2021, разберете сложные задания из первой части, получите полезные рекомендации и узнаете, как устроена подготовка к экзаменам в MAXIMUM. Все это абсолютно бесплатно!

Задача 1

Используя фрагмент Периодической системы элементов Д.И. Менделеева, представленный на рисунке, определите, какое ядро образуется в результате α-распада ядра нептуния-237. 

Разбор

  • Как мы говорили чуть выше, порядковый номер элемента — это, по совместительству, зарядовое число. То есть, количество протонов. Получается, в Нептунии 93 протона.
  • У α-частицы количество протонов = 2.
  • Посчитаем, чему равно зарядовое число нашего нового элемента: зарядовое число = 93-2 = 91. Взглянув на табличку, находим элемент под номером 91 — Протактиний.

Ответ: 1) Ядро протактиния

Изотопы

Теперь давай обратим внимание на массовые числа нептуния и протактиния. Отличаются ли они на массовое число альфа-частицы — на 4?

237-231=6

Время бить тревогу! Неужели мы что-то напутали и решили задачу неверно? Но нет, оказывается, мы все сделали правильно — ведь у протактиния более 15 изотопов.

Изотопы — это разновидности атомов (и ядер) какого-либо химического элемента, которые имеют одинаковое зарядовое число, но разные массовые числа. 

Например, изотопы азота:

и

Задача 2

Ядро тория   превратилось в ядро радия . Какую частицу испустило при этом ядро тория?

  1. нейтрон
  2. протон
  3. альфа-частицу
  4. бета-частицу

Разбор

  • Сверху находится массовое число — масса частицы. Вычтем из массы Тория массу Радия: 230-226=4. Получили массу неизвестной частицы.
  • Снизу находится зарядовое число — это заряд не­из­вест­ной частицы. Вычтем из заряда Тория заряд Радия: 90-88=2. Получили заряд неизвестной частицы.
  • Итого: массовое число = 4. Зарядовое число = 2
  • Взглянем на табличку самых распространенных частиц. 

Вуаля! Наша незнакомка — это альфа-частица — частица с двумя протонами и двумя нейтронами.

Ответ: 3) альфа-частица

https://blog.maximumtest.ru/post/oge-po-fizike-2021-struktura-i-izmeneniya.html

Бета-распад

β-распад — испускание ядром бета-частицы. Бета-частицей называют электрон. Посмотрим в списке основных частиц наверху, чему равны массовое и зарядовое число бета-частицы (электрона).

  • У нас был элемент X с массовым числом A и с зарядовым числом Z
  • Атом испускает бета-частицу с массовым числом=0 и зарядовым числом=-1
  • Мы получаем новый элемент с прежним массовым числом=A и зарядовым числом=Z+1

В β-распаде заряд увеличивается на 1, а масса не меняется.

Задача 3

Изо­топ крип­то­на в ре­зуль­та­те серии рас­па­дов пре­вра­тил­ся изо­топ мо­либ­де­на . Сколь­ко β-частиц было ис­пу­ще­но в этой серии рас­па­дов?

Разбор

  • Обозначим количество испущенных β-частиц за N
  • Зарядовое число криптона до серии β-распадов равнялось 36
  • Зарядовое число молибдена после серии β-распадов 42
  • Тогда 42-36=6 β распадов

Ответ: было испущено 6 β распадов

Задача 4

Радиоактивный атом превратился в атом в результате цепочки альфа- и бета-распадов. Чему было равно число альфа- и бета-распадов?

Разбор

Эта задача требует максимальной концентрации — многие школьники ее решают неверно. Давайте разберем правильный подход к этой задаче.

  • Для начала рассмотрим альфа-распады 

  • Добьемся, чтобы массовое число изменилось с 232 до 208. Для этого производим альфа-распады, вычитая 4 из массового числа и 2 из зарядового числа.

  • Получили элемент с массовым числом=208 и зарядовым числом=78. Для этого мы произвели 6 альфа распадов.
  • Теперь перейдем к бета-распадам. Бета-распады влияют только на зарядовое число.

  • Добьемся того, чтобы зарядовое число изменилось с 78 до 82.

  • Получили элемент с массовым числом = 208 и зарядовым числом = 82. Для этого мы произвели 4 бета распада.

Ответ: 6 альфа распадов и 4 бета распада.

Гамма-распад

γ-частицы — это излучение, а γ-распад — испускание ядром гамма-излучения. Пожалуй, это самый простой распад, потому что он ничего не меняет.

Элемент X до распада и элемент Y после распада — это одно и то же.

На ОГЭ ученики часто попадают в ловушки экзамена, считая, что γ-излучение меняет элемент. Но это совсем не так! Какой элемент был до гамма-распада, такой и останется.

При γ-распаде заряд и масса не меняются.

Ядерные реакции

Атомная физика на ОГЭ включает в себя не только распады, но и ядерные реакции. Ядерные реакции происходят при столкновении ядер или элементарных частиц с другими ядрами. В результате изменяется массовое и зарядовое число элементов, появляются новые частицы.

Во всех ядерных реакциях работает очень простой лайфхак: при протекании ядерной реакции сохраняется суммарное массовое число  и суммарный заряд.

Сумма масс слева равна сумме масс справа: A1+A2=A3+A4.

Сумма зарядов слева равна сумме зарядов справа: Z1+Z2=Z3+Z4.

Сразу же закрепим эти правила на практике.

Задача 5

В результате столкновения ядра урана с частицей X произошло деление урана, описываемое реакцией:

Определите зарядовое и массовое числа частицы X, с которой столкнулось ядро урана.

Разбор

  • Сначала разберемся с массовым числом. Используем лайфхак: то, что слева, равно тому, что справа.
  • Также заметим, что у нас 3 нейтрона. Получается, нам нужно умножить массовое число нейтрона на 3.
  • С гамма-частицей разобраться легко — как мы показали ранее, она ни на что не влияет.

A+235 = 133+139+3*1

Отсюда A=133+139+3-235=40

  • Теперь настал черед зарядового числа.

Z+92 = 36+56+3*0

Отсюда Z=36+56+0-92=0

Ответ: получили элемент X c массовым числом 40 и зарядовым числом 0.

Атомная физика на ОГЭ: что нужно запомнить

  • В α-распаде заряд уменьшается на 2, а масса уменьшается на 4.
  • α-частица — это ядро атома гелия. α-частица состоит из двух протонов и двух нейтронов.
  • В β-распаде заряд увеличивается на 1, а масса не меняется.
  • β-частица — это электрон.
  • В γ-распаде заряд и масса не меняются.
  • γ-частица — это порция электромагнитного излучения.
  • Изотопы — это разновидности атомов (и ядер) какого либо химического элемента, которые имеют одинаковое зарядовое число, но разные массовые числа. 
  • В ядерных реакциях сохраняется суммарное массовое число и суммарный заряд.

Теперь вы знаете, как решать задания на ядерные распады и реакции! Надеюсь, атомная физика на ОГЭ стала для вас намного понятнее. Если хотите разобраться в остальных темах по физике и не только, обратите внимание на наши онлайн-курсы. Уже более 150 тысяч выпускников подготовились с нами к ОГЭ и ЕГЭ. Кстати, у меня на курсах MAXIMUM тоже можно поучиться! Приходите на бесплатный пробный урок, чтобы познакомиться с нашей образовательной системой и узнать массу полезного про ОГЭ.

`

Лайфхаки экзамена

К рубрике

Елена Мальцева

6 мая 2019  · 47,4 K

Для начала разберемся, что происходит при альфа- и бета- распаде:

При альфа распаде происходит самопроизвольное испускание частицы ядра 4He2.

По этой причине в ходе реакции массовое число уменьшается на 4, а заряд ядра на 2.

При бета-распаде происходит самопроизвольное испускание электрона (позитрона) и антинейтрино. По этой причине у нас уменьшается заряд ядра на 1, а массовое число остается неизменным.

В нашем случае у исходного вещества массовое число = 214, а заряд = 84. Соответственно, массовое число пишется наверху, а заряд снизу.

Запишем реакцию:

214Po84 → 206Pb82 + X * (4He2) + Y *(0e-1) + *значок антинитрино*

Составляем систему уравнений:

214 = 206 + 4x – массовые числа

84 = 82 +2x – y – заряд ядра

Из первого уравнение находим x, он равен: (214-206)4 = 2

Видим, что у нас выделяется 2 частицы гелия – значит два альфа-распада

Подставляем значение x из первого уравнения во второе и находим y:

y = 2

y – мы обозначали кол-во электронов, которое соответствует количеству бета-распадов.

Значит, наш ответ:

2 альфа-распада и 2 бета-распада

28,2 K

Все чётко, ясно, без лишней воды.. Настя, огромное спасибо! Это единственное грамотное объяснение этой задачи… Читать дальше

Комментировать ответ…Комментировать…

Образовательный портал для подготовки к экзаменам

Физика

Сайты, меню, вход, новости

Задания

Версия для печати и копирования в MS Word

В результате нескольких α– и β-распадов ядро урана  в степени левая круглая скобка 238 правая круглая скобка _92U превращается в ядро свинца  в степени левая круглая скобка 206 правая круглая скобка _82Pb. Определите количество α-распадов и количество β-распадов в этой реакции.

Количество α-распадов Количество β-распадов

Спрятать решение

Гость 12.05.2012 20:07

альфа частица это гелий(4.2).при 8 альфа распадах заряд ядра уменьшится на 8*2=16,а в задании 92-82=10.объясните.

Гость

Добрый день!

Вы забываете, что по условию были еще и  бета -распады, они и подправляют значение зарядового числа.

Гость 05.10.2012 12:53

Мне кажется в данном задании правильного ответа нет.

Потому что при восьми альфа распадах остаётся элемент X c массовым числом ядра 206. С этим всё нормально. А вот с зарядом что-то не то. Из 92-16=76. А по условию должно получится 82. При этом получается что распадаться ему до свинца уже не куда. Тогда выходит “бетта припад” что ли? Откуда елемент после 8 альфа распадов возьмёт ещё заряд+6.

Гость

Добрый день!

Все правильно, заряд подправится за счет бета-распадов. Смотрите комментарий выше.


β
 decay in an atomic nucleus (the accompanying antineutrino is omitted). The inset shows beta decay of a free neutron. Neither of these depictions shows the intermediate virtual
W
boson.

In nuclear physics, beta decay (β-decay) is a type of radioactive decay in which an atomic nucleus emits a beta particle (fast energetic electron or positron), transforming into an isobar of that nuclide. For example, beta decay of a neutron transforms it into a proton by the emission of an electron accompanied by an antineutrino; or, conversely a proton is converted into a neutron by the emission of a positron with a neutrino in so-called positron emission. Neither the beta particle nor its associated (anti-)neutrino exist within the nucleus prior to beta decay, but are created in the decay process. By this process, unstable atoms obtain a more stable ratio of protons to neutrons. The probability of a nuclide decaying due to beta and other forms of decay is determined by its nuclear binding energy. The binding energies of all existing nuclides form what is called the nuclear band or valley of stability.[1] For either electron or positron emission to be energetically possible, the energy release (see below) or Q value must be positive.

Beta decay is a consequence of the weak force, which is characterized by relatively lengthy decay times. Nucleons are composed of up quarks and down quarks,[2] and the weak force allows a quark to change its flavour by emission of a W boson leading to creation of an electron/antineutrino or positron/neutrino pair. For example, a neutron, composed of two down quarks and an up quark, decays to a proton composed of a down quark and two up quarks.

Electron capture is sometimes included as a type of beta decay,[3] because the basic nuclear process, mediated by the weak force, is the same. In electron capture, an inner atomic electron is captured by a proton in the nucleus, transforming it into a neutron, and an electron neutrino is released.

Description[edit]

The two types of beta decay are known as beta minus and beta plus. In beta minus (β) decay, a neutron is converted to a proton, and the process creates an electron and an electron antineutrino; while in beta plus (β+) decay, a proton is converted to a neutron and the process creates a positron and an electron neutrino. β+ decay is also known as positron emission.[4]

Beta decay conserves a quantum number known as the lepton number, or the number of electrons and their associated neutrinos (other leptons are the muon and tau particles). These particles have lepton number +1, while their antiparticles have lepton number −1. Since a proton or neutron has lepton number zero, β+ decay (a positron, or antielectron) must be accompanied with an electron neutrino, while β decay (an electron) must be accompanied by an electron antineutrino.

An example of electron emission (β decay) is the decay of carbon-14 into nitrogen-14 with a half-life of about 5,730 years:

14
6
C
14
7
N
+
e
+
ν
e

In this form of decay, the original element becomes a new chemical element in a process known as nuclear transmutation. This new element has an unchanged mass number A, but an atomic number Z that is increased by one. As in all nuclear decays, the decaying element (in this case 14
6
C
) is known as the parent nuclide while the resulting element (in this case 14
7
N
) is known as the daughter nuclide.

Another example is the decay of hydrogen-3 (tritium) into helium-3 with a half-life of about 12.3 years:

3
1
H
3
2
He
+
e
+
ν
e

An example of positron emission (β+ decay) is the decay of magnesium-23 into sodium-23 with a half-life of about 11.3 s:

23
12
Mg
23
11
Na
+
e+
+
ν
e

β+ decay also results in nuclear transmutation, with the resulting element having an atomic number that is decreased by one.

A beta spectrum, showing a typical division of energy between electron and antineutrino

The beta spectrum, or distribution of energy values for the beta particles, is continuous. The total energy of the decay process is divided between the electron, the antineutrino, and the recoiling nuclide. In the figure to the right, an example of an electron with 0.40 MeV energy from the beta decay of 210Bi is shown. In this example, the total decay energy is 1.16 MeV, so the antineutrino has the remaining energy: 1.16 MeV − 0.40 MeV = 0.76 MeV. An electron at the far right of the curve would have the maximum possible kinetic energy, leaving the energy of the neutrino to be only its small rest mass.

History[edit]

Discovery and initial characterization[edit]

Radioactivity was discovered in 1896 by Henri Becquerel in uranium, and subsequently observed by Marie and Pierre Curie in thorium and in the new elements polonium and radium. In 1899, Ernest Rutherford separated radioactive emissions into two types: alpha and beta (now beta minus), based on penetration of objects and ability to cause ionization. Alpha rays could be stopped by thin sheets of paper or aluminium, whereas beta rays could penetrate several millimetres of aluminium. In 1900, Paul Villard identified a still more penetrating type of radiation, which Rutherford identified as a fundamentally new type in 1903 and termed gamma rays. Alpha, beta, and gamma are the first three letters of the Greek alphabet.

In 1900, Becquerel measured the mass-to-charge ratio (m/e) for beta particles by the method of J.J. Thomson used to study cathode rays and identify the electron. He found that m/e for a beta particle is the same as for Thomson’s electron, and therefore suggested that the beta particle is in fact an electron.[5]

In 1901, Rutherford and Frederick Soddy showed that alpha and beta radioactivity involves the transmutation of atoms into atoms of other chemical elements. In 1913, after the products of more radioactive decays were known, Soddy and Kazimierz Fajans independently proposed their radioactive displacement law, which states that beta (i.e.,
β
) emission from one element produces another element one place to the right in the periodic table, while alpha emission produces an element two places to the left.

Neutrinos[edit]

The study of beta decay provided the first physical evidence for the existence of the neutrino. In both alpha and gamma decay, the resulting alpha or gamma particle has a narrow energy distribution, since the particle carries the energy from the difference between the initial and final nuclear states. However, the kinetic energy distribution, or spectrum, of beta particles measured by Lise Meitner and Otto Hahn in 1911 and by Jean Danysz in 1913 showed multiple lines on a diffuse background. These measurements offered the first hint that beta particles have a continuous spectrum.[6] In 1914, James Chadwick used a magnetic spectrometer with one of Hans Geiger’s new counters to make more accurate measurements which showed that the spectrum was continuous.[6][7] The distribution of beta particle energies was in apparent contradiction to the law of conservation of energy. If beta decay were simply electron emission as assumed at the time, then the energy of the emitted electron should have a particular, well-defined value.[8] For beta decay, however, the observed broad distribution of energies suggested that energy is lost in the beta decay process. This spectrum was puzzling for many years.

A second problem is related to the conservation of angular momentum. Molecular band spectra showed that the nuclear spin of nitrogen-14 is 1 (i.e., equal to the reduced Planck constant) and more generally that the spin is integral for nuclei of even mass number and half-integral for nuclei of odd mass number. This was later explained by the proton-neutron model of the nucleus.[8] Beta decay leaves the mass number unchanged, so the change of nuclear spin must be an integer. However, the electron spin is 1/2, hence angular momentum would not be conserved if beta decay were simply electron emission.

From 1920 to 1927, Charles Drummond Ellis (along with Chadwick and colleagues) further established that the beta decay spectrum is continuous. In 1933, Ellis and Nevill Mott obtained strong evidence that the beta spectrum has an effective upper bound in energy. Niels Bohr had suggested that the beta spectrum could be explained if conservation of energy was true only in a statistical sense, thus this principle might be violated in any given decay.[8]: 27  However, the upper bound in beta energies determined by Ellis and Mott ruled out that notion. Now, the problem of how to account for the variability of energy in known beta decay products, as well as for conservation of momentum and angular momentum in the process, became acute.

In a famous letter written in 1930, Wolfgang Pauli attempted to resolve the beta-particle energy conundrum by suggesting that, in addition to electrons and protons, atomic nuclei also contained an extremely light neutral particle, which he called the neutron. He suggested that this “neutron” was also emitted during beta decay (thus accounting for the known missing energy, momentum, and angular momentum), but it had simply not yet been observed. In 1931, Enrico Fermi renamed Pauli’s “neutron” the “neutrino” (‘little neutral one’ in Italian). In 1933, Fermi published his landmark theory for beta decay, where he applied the principles of quantum mechanics to matter particles, supposing that they can be created and annihilated, just as the light quanta in atomic transitions. Thus, according to Fermi, neutrinos are created in the beta-decay process, rather than contained in the nucleus; the same happens to electrons. The neutrino interaction with matter was so weak that detecting it proved a severe experimental challenge. Further indirect evidence of the existence of the neutrino was obtained by observing the recoil of nuclei that emitted such a particle after absorbing an electron. Neutrinos were finally detected directly in 1956 by Clyde Cowan and Frederick Reines in the Cowan–Reines neutrino experiment.[9] The properties of neutrinos were (with a few minor modifications) as predicted by Pauli and Fermi.


β+
 decay and electron capture
[edit]

In 1934, Frédéric and Irène Joliot-Curie bombarded aluminium with alpha particles to effect the nuclear reaction 4
2
He
 + 27
13
Al
 → 30
15
P
 + 1
0
n
, and observed that the product isotope 30
15
P
emits a positron identical to those found in cosmic rays (discovered by Carl David Anderson in 1932). This was the first example of
β+
 decay (positron emission), which they termed artificial radioactivity since 30
15
P
is a short-lived nuclide which does not exist in nature. In recognition of their discovery the couple were awarded the Nobel Prize in Chemistry in 1935.[10]

The theory of electron capture was first discussed by Gian-Carlo Wick in a 1934 paper, and then developed by Hideki Yukawa and others. K-electron capture was first observed in 1937 by Luis Alvarez, in the nuclide 48V.[11][12][13] Alvarez went on to study electron capture in 67Ga and other nuclides.[11][14][15]

Non-conservation of parity[edit]

In 1956, Tsung-Dao Lee and Chen Ning Yang noticed that there was no evidence that parity was conserved in weak interactions, and so they postulated that this symmetry may not be preserved by the weak force. They sketched the design for an experiment for testing conservation of parity in the laboratory.[16] Later that year, Chien-Shiung Wu and coworkers conducted the Wu experiment showing an asymmetrical beta decay of 60
Co
at cold temperatures that proved that parity is not conserved in beta decay.[17][18] This surprising result overturned long-held assumptions about parity and the weak force. In recognition of their theoretical work, Lee and Yang were awarded the Nobel Prize for Physics in 1957. However Wu, who was female, was not awarded the Nobel prize.[19]

β decay [edit]

In
β
 decay, the weak interaction converts an atomic nucleus into a nucleus with atomic number increased by one, while emitting an electron (
e
) and an electron antineutrino (
ν
e
).
β
 decay generally occurs in neutron-rich nuclei.[22] The generic equation is:

A
Z
X
A
Z+1
X′
+
e
+
ν
e
[1]

where A and Z are the mass number and atomic number of the decaying nucleus, and X and X′ are the initial and final elements, respectively.

Another example is when the free neutron (1
0
n
) decays by
β
 decay into a proton (
p
):


n

p
+
e
+
ν
e
.

At the fundamental level (as depicted in the Feynman diagram on the right), this is caused by the conversion of the negatively charged (1/3 e) down quark to the positively charged (+2/3 e) up quark by emission of a
W
boson; the
W
boson subsequently decays into an electron and an electron antineutrino:


d

u
+
e
+
ν
e
.

β+ decay [edit]

In
β+
 decay, or positron emission, the weak interaction converts an atomic nucleus into a nucleus with atomic number decreased by one, while emitting a positron (
e+
) and an electron neutrino (
ν
e
).
β+
 decay generally occurs in proton-rich nuclei. The generic equation is:

A
Z
X
A
Z−1
X′
+
e+
+
ν
e
[1]

This may be considered as the decay of a proton inside the nucleus to a neutron:

p → n +
e+
+
ν
e
[1]

However,
β+
 decay cannot occur in an isolated proton because it requires energy, due to the mass of the neutron being greater than the mass of the proton.
β+
 decay can only happen inside nuclei when the daughter nucleus has a greater binding energy (and therefore a lower total energy) than the mother nucleus. The difference between these energies goes into the reaction of converting a proton into a neutron, a positron, and a neutrino and into the kinetic energy of these particles. This process is opposite to negative beta decay, in that the weak interaction converts a proton into a neutron by converting an up quark into a down quark resulting in the emission of a
W+
or the absorption of a
W
. When a
W+
boson is emitted, it decays into a positron and an electron neutrino:


u

d
+
e+
+
ν
e
.

Electron capture (K-capture)[edit]

Leading-order EC Feynman diagrams

In all cases where
β+
 decay (positron emission) of a nucleus is allowed energetically, so too is electron capture allowed. This is a process during which a nucleus captures one of its atomic electrons, resulting in the emission of a neutrino:

A
Z
X
+
e
A
Z−1
X′
+
ν
e

An example of electron capture is one of the decay modes of krypton-81 into bromine-81:

81
36
Kr
+
e
81
35
Br
+
ν
e

All emitted neutrinos are of the same energy. In proton-rich nuclei where the energy difference between the initial and final states is less than 2mec2,
β+
 decay is not energetically possible, and electron capture is the sole decay mode.[23]

If the captured electron comes from the innermost shell of the atom, the K-shell, which has the highest probability to interact with the nucleus, the process is called K-capture.[24] If it comes from the L-shell, the process is called L-capture, etc.

Electron capture is a competing (simultaneous) decay process for all nuclei that can undergo β+ decay. The converse, however, is not true: electron capture is the only type of decay that is allowed in proton-rich nuclides that do not have sufficient energy to emit a positron and neutrino.[23]

Nuclear transmutation[edit]

Graph of isotopes by type of nuclear decay. Orange and blue nuclides are unstable, with the black squares between these regions representing stable nuclides. The unbroken line passing below many of the nuclides represents the theoretical position on the graph of nuclides for which proton number is the same as neutron number. The graph shows that elements with more than 20 protons must have more neutrons than protons, in order to be stable.

If the proton and neutron are part of an atomic nucleus, the above described decay processes transmute one chemical element into another. For example:

137
55
Cs
 
    →  137
56
Ba
 

e
 

ν
e
 
(beta minus decay)
22
11
Na
 
    →  22
10
Ne
 

e+
 

ν
e
 
(beta plus decay)
22
11
Na
 

e
 
→  22
10
Ne
 

ν
e
 
    (electron capture)

Beta decay does not change the number (A) of nucleons in the nucleus, but changes only its charge Z. Thus the set of all nuclides with the same A can be introduced; these isobaric nuclides may turn into each other via beta decay. For a given A there is one that is most stable. It is said to be beta stable, because it presents a local minimum of the mass excess: if such a nucleus has (A, Z) numbers, the neighbour nuclei (A, Z−1) and (A, Z+1) have higher mass excess and can beta decay into (A, Z), but not vice versa. For all odd mass numbers A, there is only one known beta-stable isobar. For even A, there are up to three different beta-stable isobars experimentally known; for example, 124
50
Sn
, 124
52
Te
, and 124
54
Xe
are all beta-stable. There are about 350 known beta-decay stable nuclides.[25]

Competition of beta decay types[edit]

Usually unstable nuclides are clearly either “neutron rich” or “proton rich”, with the former undergoing beta decay and the latter undergoing electron capture (or more rarely, due to the higher energy requirements, positron decay). However, in a few cases of odd-proton, odd-neutron radionuclides, it may be energetically favorable for the radionuclide to decay to an even-proton, even-neutron isobar either by undergoing beta-positive or beta-negative decay. An often-cited example is the single isotope 64
29
Cu
(29 protons, 35 neutrons), which illustrates three types of beta decay in competition. Copper-64 has a half-life of about 12.7 hours. This isotope has one unpaired proton and one unpaired neutron, so either the proton or the neutron can decay. This particular nuclide (though not all nuclides in this situation) is almost equally likely to decay through proton decay by positron emission (18%) or electron capture (43%) to 64
28
Ni
, as it is through neutron decay by electron emission (39%) to 64
30
Zn
.[26]

Stability of naturally occurring nuclides[edit]

Most naturally occurring nuclides on earth are beta stable. Nuclides that are not beta stable have half-lives ranging from under a second to periods of time significantly greater than the age of the universe. One common example of a long-lived isotope is the odd-proton odd-neutron nuclide 40
19
K
, which undergoes all three types of beta decay (
β
,
β+
and electron capture) with a half-life of 1.277×109 years.[27]

Conservation rules for beta decay[edit]

Baryon number is conserved[edit]

{displaystyle B={frac {n_{q}-n_{bar {q}}}{3}}}

where

  • n_{q} is the number of constituent quarks, and
  • n_{overline {q}} is the number of constituent antiquarks.

Beta decay just changes neutron to proton or, in the case of positive beta decay (electron capture) proton to neutron so the number of individual quarks doesn’t change. It is only the baryon flavor that changes, here labelled as the isospin.

Up and down quarks have total isospin {textstyle I={frac {1}{2}}} and isospin projections

{displaystyle I_{text{z}}={begin{cases}{frac {1}{2}}&{text{up quark}}\-{frac {1}{2}}&{text{down quark}}end{cases}}}

All other quarks have I = 0.

In general

{displaystyle I_{text{z}}={frac {1}{2}}(n_{text{u}}-n_{text{d}})}

Lepton number is conserved[edit]

{displaystyle Lequiv n_{ell }-n_{bar {ell }}}

so all leptons have assigned a value of +1, antileptons −1, and non-leptonic particles 0.

{displaystyle {begin{matrix}&{text{n}}&rightarrow &{text{p}}&+&{text{e}}^{-}&+&{bar {nu }}_{text{e}}\L:&0&=&0&+&1&-&1end{matrix}}}

Angular momentum[edit]

For allowed decays, the net orbital angular momentum is zero, hence only spin quantum numbers are considered.

The electron and antineutrino are fermions, spin-1/2 objects, therefore they may couple to total S=1 (parallel) or S=0 (anti-parallel).

For forbidden decays, orbital angular momentum must also be taken into consideration.

Energy release[edit]

The Q value is defined as the total energy released in a given nuclear decay. In beta decay, Q is therefore also the sum of the kinetic energies of the emitted beta particle, neutrino, and recoiling nucleus. (Because of the large mass of the nucleus compared to that of the beta particle and neutrino, the kinetic energy of the recoiling nucleus can generally be neglected.) Beta particles can therefore be emitted with any kinetic energy ranging from 0 to Q.[1] A typical Q is around 1 MeV, but can range from a few keV to a few tens of MeV.

Since the rest mass of the electron is 511 keV, the most energetic beta particles are ultrarelativistic, with speeds very close to the speed of light.
In the case of 187Re, the maximum speed of the beta particle is only 9.8% of the speed of light.

The following table gives some examples:

Examples of beta decay energies

Isotope Energy
(keV)
Decay mode Comments
free
Neutron
0782.33 β
003H
(Tritium)
0018.59 β Second lowest known β energy, being used in the KATRIN experiment.
011C 0960.4
1982.4
β+
ε+
014C 0156.475 β
020F 5390.86 β
037K 5125.48
6147.48
β+
ε+
163Ho 0002.555 ε+
187Re 0002.467 β Lowest known β energy, being used in the Microcalorimeter Arrays for a Rhenium Experiment experiment
210Bi 1162.2 β

β decay[edit]

Consider the generic equation for beta decay

A
Z
X
A
Z+1
X′
+
e
+
ν
e
.

The Q value for this decay is

{displaystyle Q=left[m_{N}left({ce {^{mathit {A}}_{mathit {Z}}X}}right)-m_{N}left({ce {^{mathit {A}}_{{mathit {Z}}+1}X'}}right)-m_{e}-m_{{overline {nu }}_{e}}right]c^{2}},

where {displaystyle m_{N}left({ce {^{mathit {A}}_{mathit {Z}}X}}right)} is the mass of the nucleus of the A
Z
X
atom, m_{e} is the mass of the electron, and m_{{overline {nu }}_{e}} is the mass of the electron antineutrino. In other words, the total energy released is the mass energy of the initial nucleus, minus the mass energy of the final nucleus, electron, and antineutrino. The mass of the nucleus mN is related to the standard atomic mass m by

{displaystyle mleft({ce {^{mathit {A}}_{mathit {Z}}X}}right)c^{2}=m_{N}left({ce {^{mathit {A}}_{mathit {Z}}X}}right)c^{2}+Zm_{e}c^{2}-sum _{i=1}^{Z}B_{i}.}

That is, the total atomic mass is the mass of the nucleus, plus the mass of the electrons, minus the sum of all electron binding energies Bi for the atom. This equation is rearranged to find {displaystyle m_{N}left({ce {^{mathit {A}}_{mathit {Z}}X}}right)}, and {displaystyle m_{N}left({ce {^{mathit {A}}_{{mathit {Z}}+1}X'}}right)} is found similarly. Substituting these nuclear masses into the Q-value equation, while neglecting the nearly-zero antineutrino mass and the difference in electron binding energies, which is very small for high-Z atoms, we have

{displaystyle Q=left[mleft({ce {^{mathit {A}}_{mathit {Z}}X}}right)-mleft({ce {^{mathit {A}}_{{mathit {Z}}+1}X'}}right)right]c^{2}}

This energy is carried away as kinetic energy by the electron and antineutrino.

Because the reaction will proceed only when the Q value is positive, β decay can occur when the mass of atom A
Z
X
is greater than the mass of atom A
Z+1
X′
.[28]

β+ decay[edit]

The equations for β+ decay are similar, with the generic equation

A
Z
X
A
Z−1
X′
+
e+
+
ν
e

giving

{displaystyle Q=left[m_{N}left({ce {^{mathit {A}}_{mathit {Z}}X}}right)-m_{N}left({ce {^{mathit {A}}_{{mathit {Z}}-1}X'}}right)-m_{e}-m_{nu _{e}}right]c^{2}.}

However, in this equation, the electron masses do not cancel, and we are left with

{displaystyle Q=left[mleft({ce {^{mathit {A}}_{mathit {Z}}X}}right)-mleft({ce {^{mathit {A}}_{{mathit {Z}}-1}X'}}right)-2m_{e}right]c^{2}.}

Because the reaction will proceed only when the Q value is positive, β+ decay can occur when the mass of atom A
Z
X
exceeds that of A
Z-1
X′
by at least twice the mass of the electron.[28]

Electron capture[edit]

The analogous calculation for electron capture must take into account the binding energy of the electrons. This is because the atom will be left in an excited state after capturing the electron, and the binding energy of the captured innermost electron is significant. Using the generic equation for electron capture

A
Z
X
+
e
A
Z−1
X′
+
ν
e

we have

{displaystyle Q=left[m_{N}left({ce {^{mathit {A}}_{mathit {Z}}X}}right)+m_{e}-m_{N}left({ce {^{mathit {A}}_{{mathit {Z}}-1}X'}}right)-m_{nu _{e}}right]c^{2},}

which simplifies to

{displaystyle Q=left[mleft({ce {^{mathit {A}}_{mathit {Z}}X}}right)-mleft({ce {^{mathit {A}}_{{mathit {Z}}-1}X'}}right)right]c^{2}-B_{n},}

where Bn is the binding energy of the captured electron.

Because the binding energy of the electron is much less than the mass of the electron, nuclei that can undergo β+ decay can always also undergo electron capture, but the reverse is not true.[28]

Beta emission spectrum[edit]

Beta spectrum of 210Bi. Emax = Q = 1.16 MeV is the maximum energy

Beta decay can be considered as a perturbation as described in quantum mechanics, and thus Fermi’s Golden Rule can be applied. This leads to an expression for the kinetic energy spectrum N(T) of emitted betas as follows:[29]

{displaystyle N(T)=C_{L}(T)F(Z,T)pE(Q-T)^{2}}

where T is the kinetic energy, CL is a shape function that depends on the forbiddenness of the decay (it is constant for allowed decays), F(Z, T) is the Fermi Function (see below) with Z the charge of the final-state nucleus, E = T + mc2 is the total energy, {displaystyle p={sqrt {(E/c)^{2}-(mc)^{2}}}} is the momentum, and Q is the Q value of the decay. The kinetic energy of the emitted neutrino is given approximately by Q minus the kinetic energy of the beta.

As an example, the beta decay spectrum of 210Bi (originally called RaE) is shown to the right.

Fermi function[edit]

The Fermi function that appears in the beta spectrum formula accounts for the Coulomb attraction / repulsion between the emitted beta and the final state nucleus. Approximating the associated wavefunctions to be spherically symmetric, the Fermi function can be analytically calculated to be:[30]

{displaystyle F(Z,T)={frac {2(1+S)}{Gamma (1+2S)^{2}}}(2prho )^{2S-2}e^{pi eta }|Gamma (S+ieta )|^{2},}

where p is the final momentum, Γ the Gamma function, and (if α is the fine-structure constant and rN the radius of the final state nucleus) {displaystyle S={sqrt {1-alpha ^{2}Z^{2}}}}, {displaystyle eta =pm Ze^{2}c/hbar p}(+ for electrons, − for positrons), and {displaystyle rho =r_{N}/hbar }.

For non-relativistic betas (Qmec2), this expression can be approximated by:[31]

{displaystyle F(Z,T)approx {frac {2pi eta }{1-e^{-2pi eta }}}.}

Other approximations can be found in the literature.[32][33]

Kurie plot[edit]

A Kurie plot (also known as a Fermi–Kurie plot) is a graph used in studying beta decay developed by Franz N. D. Kurie, in which the square root of the number of beta particles whose momenta (or energy) lie within a certain narrow range, divided by the Fermi function, is plotted against beta-particle energy.[34][35] It is a straight line for allowed transitions and some forbidden transitions, in accord with the Fermi beta-decay theory. The energy-axis (x-axis) intercept of a Kurie plot corresponds to the maximum energy imparted to the electron/positron (the decay’s Q value). With a Kurie plot one can find the limit on the effective mass of a neutrino.[36]

Helicity (polarization) of neutrinos, electrons and positrons emitted in beta decay[edit]

After the discovery of parity non-conservation (see History), it was found that, in beta decay, electrons are emitted mostly with negative helicity, i.e., they move, naively speaking, like left-handed screws driven into a material (they have negative longitudinal polarization).[37] Conversely, positrons have mostly positive helicity, i.e., they move like right-handed screws. Neutrinos (emitted in positron decay) have negative helicity, while antineutrinos (emitted in electron decay) have positive helicity.[38]

The higher the energy of the particles, the higher their polarization.

Types of beta decay transitions[edit]

Beta decays can be classified according to the angular momentum (L value) and total spin (S value) of the emitted radiation. Since total angular momentum must be conserved, including orbital and spin angular momentum, beta decay occurs by a variety of quantum state transitions to various nuclear angular momentum or spin states, known as “Fermi” or “Gamow–Teller” transitions. When beta decay particles carry no angular momentum (L = 0), the decay is referred to as “allowed”, otherwise it is “forbidden”.

Other decay modes, which are rare, are known as bound state decay and double beta decay.

Fermi transitions[edit]

A Fermi transition is a beta decay in which the spins of the emitted electron (positron) and anti-neutrino (neutrino) couple to total spin S=0, leading to an angular momentum change {displaystyle Delta J=0} between the initial and final states of the nucleus (assuming an allowed transition). In the non-relativistic limit, the nuclear part of the operator for a Fermi transition is given by

{displaystyle {mathcal {O}}_{F}=G_{V}sum _{a}{hat {tau }}_{apm }}

with G_{V} the weak vector coupling constant, tau _{pm } the isospin raising and lowering operators, and a running over all protons and neutrons in the nucleus.

Gamow–Teller transitions[edit]

A Gamow–Teller transition is a beta decay in which the spins of the emitted electron (positron) and anti-neutrino (neutrino) couple to total spin S=1, leading to an angular momentum change {displaystyle Delta J=0,pm 1} between the initial and final states of the nucleus (assuming an allowed transition).
In this case, the nuclear part of the operator is given by

{displaystyle {mathcal {O}}_{GT}=G_{A}sum _{a}{hat {sigma }}_{a}{hat {tau }}_{apm }}

with G_{{A}} the weak axial-vector coupling constant, and sigma the spin Pauli matrices, which can produce a spin-flip in the decaying nucleon.

Forbidden transitions[edit]

When L > 0, the decay is referred to as “forbidden”. Nuclear selection rules require high L values to be accompanied by changes in nuclear spin (J) and parity (π). The selection rules for the Lth forbidden transitions are:

{displaystyle Delta J=L-1,L,L+1;Delta pi =(-1)^{L},}

where Δπ = 1 or −1 corresponds to no parity change or parity change, respectively. The special case of a transition between isobaric analogue states, where the structure of the final state is very similar to the structure of the initial state, is referred to as “superallowed” for beta decay, and proceeds very quickly. The following table lists the ΔJ and Δπ values for the first few values of L:

Forbiddenness ΔJ Δπ
Superallowed 0 No
Allowed 0, 1 No
First forbidden 0, 1, 2 Yes
Second forbidden 1, 2, 3 No
Third forbidden 2, 3, 4 Yes

Rare decay modes[edit]

Bound-state β decay[edit]

A very small minority of free neutron decays (about four per million) are so-called “two-body decays”, in which the proton, electron and antineutrino are produced, but the electron fails to gain the 13.6 eV energy necessary to escape the proton, and therefore simply remains bound to it, as a neutral hydrogen atom.[39] In this type of beta decay, in essence all of the neutron decay energy is carried off by the antineutrino.

For fully ionized atoms (bare nuclei), it is possible in likewise manner for electrons to fail to escape the atom, and to be emitted from the nucleus into low-lying atomic bound states (orbitals). This cannot occur for neutral atoms with low-lying bound states which are already filled by electrons.

Bound-state β decays were predicted by Daudel, Jean, and Lecoin in 1947,[40] and the phenomenon in fully ionized atoms was first observed for 163Dy66+ in 1992 by Jung et al. of the Darmstadt Heavy-Ion Research Center. Although neutral 163
Dy
is a stable isotope, the fully ionized 163Dy66+ undergoes β decay into the K and L shells with a half-life of 47 days.[41] The resulting nucleus – 163
Ho
– is stable only in the fully ionized state and will decay via electron capture into 163
Dy
in the neutral state. The half life for the latter is 4750 years.

Another possibility is that a fully ionized atom undergoes greatly accelerated β decay, as observed for 187Re by Bosch et al., also at Darmstadt. Neutral 187Re does undergo β decay with a half-life of 41.6×109 years,[42] but for fully ionized 187Re75+ this is shortened to only 32.9 years.[43] For comparison the variation of decay rates of other nuclear processes due to chemical environment is less than 1%. Due to the difference in the price of rhenium and osmium and the high share of 187
Re
in rhenium samples found on earth, this could some day be of commercial interest in the synthesis of precious metals.[citation needed]

Double beta decay[edit]

Some nuclei can undergo double beta decay (ββ decay) where the charge of the nucleus changes by two units. Double beta decay is difficult to study, as the process has an extremely long half-life. In nuclei for which both β decay and ββ decay are possible, the rarer ββ decay process is effectively impossible to observe. However, in nuclei where β decay is forbidden but ββ decay is allowed, the process can be seen and a half-life measured.[44] Thus, ββ decay is usually studied only for beta stable nuclei. Like single beta decay, double beta decay does not change A; thus, at least one of the nuclides with some given A has to be stable with regard to both single and double beta decay.

“Ordinary” double beta decay results in the emission of two electrons and two antineutrinos. If neutrinos are Majorana particles (i.e., they are their own antiparticles), then a decay known as neutrinoless double beta decay will occur. Most neutrino physicists believe that neutrinoless double beta decay has never been observed.[44]

See also[edit]

  • Common beta emitters
  • Neutrino
  • Betavoltaics
  • Particle radiation
  • Radionuclide
  • Tritium illumination, a form of fluorescent lighting powered by beta decay
  • Pandemonium effect
  • Total absorption spectroscopy

References[edit]

  1. ^ a b c d e
    Konya, J.; Nagy, N. M. (2012). Nuclear and Radio-chemistry. Elsevier. pp. 74–75. ISBN 978-0-12-391487-3.
  2. ^ Bijker, R.; Santopinto, E. (2015). “Valence and sea quarks in the nucleon”. Journal of Physics: Conference Series. 578 (1): 012015. arXiv:1412.5559. Bibcode:2015JPhCS.578a2015B. doi:10.1088/1742-6596/578/1/012015. S2CID 118499855.
  3. ^ Cottingham, W. N.; Greenwood, D. A. (1986). An introduction to nuclear physics. Cambridge University Press. p. 40. ISBN 978-0-521-31960-7.
  4. ^ Basdevant, J.-L.; Rich, J.; Spiro, M. (2005). Fundamentals in Nuclear Physics: From Nuclear Structure to Cosmology. Springer. ISBN 978-0387016726.
  5. ^ L’Annunziata, Michael (2012). Handbook of Radioactivity Analysis (Third ed.). Elsevier Inc. p. 3. ISBN 9780123848741. Retrieved 4 October 2017.
  6. ^ a b Jensen, C. (2000). Controversy and Consensus: Nuclear Beta Decay 1911-1934. Birkhäuser Verlag. ISBN 978-3-7643-5313-1.
  7. ^ Chadwick, J. (1914). “Intensitätsverteilung im magnetischen Spektren der β-Strahlen von Radium B + C”. Verhandlungen der Deutschen Physikalischen Gesellschaft (in German). 16: 383–391.
  8. ^ a b c Brown, L. M. (1978). “The idea of the neutrino”. Physics Today. 31 (9): 23–8. Bibcode:1978PhT….31i..23B. doi:10.1063/1.2995181.
  9. ^ Cowan, C. L., Jr.; Reines, F.; Harrison, F. B.; Kruse, H. W.; McGuire, A. D. (1956). “Detection of the Free Neutrino: a Confirmation”. Science. 124 (3212): 103–104. Bibcode:1956Sci…124..103C. doi:10.1126/science.124.3212.103. PMID 17796274.
  10. ^ “The Nobel Prize in Chemistry 1935”. www.nobelprize.org. Retrieved 2018-04-25.
  11. ^ a b Segré, E. (1987). “K-Electron Capture by Nuclei”. In Trower, P. W. (ed.). Discovering Alvarez: Selected Works of Luis W. Alvarez. University of Chicago Press. pp. 11–12. ISBN 978-0-226-81304-2.
  12. ^ “The Nobel Prize in Physics 1968: Luis Alvarez”. The Nobel Foundation. Retrieved 2009-10-07.
  13. ^ Alvarez, L. W. (1937). “Nuclear K Electron Capture”. Physical Review. 52 (2): 134–135. Bibcode:1937PhRv…52..134A. doi:10.1103/PhysRev.52.134.
  14. ^ Alvarez, L. W. (1938). “Electron Capture and Internal Conversion in Gallium 67”. Physical Review. 53 (7): 606. Bibcode:1938PhRv…53..606A. doi:10.1103/PhysRev.53.606.
  15. ^ Alvarez, L. W. (1938). “The Capture of Orbital Electrons by Nuclei”. Physical Review. 54 (7): 486–497. Bibcode:1938PhRv…54..486A. doi:10.1103/PhysRev.54.486.
  16. ^ Lee, T. D.; Yang, C. N. (1956). “Question of Parity Conservation in Weak Interactions”. Physical Review. 104 (1): 254–258. Bibcode:1956PhRv..104..254L. doi:10.1103/PhysRev.104.254.
  17. ^ Wu, C.-S.; Ambler, E.; Hayward, R. W.; Hoppes, D. D.; Hudson, R. P. (1957). “Experimental Test of Parity Conservation in Beta Decay”. Physical Review. 105 (4): 1413–1415. Bibcode:1957PhRv..105.1413W. doi:10.1103/PhysRev.105.1413.
  18. ^ Weinstock, Maia. “Channeling Ada Lovelace: Chien-Shiung Wu, Courageous Hero of Physics”. scientificamerican.com.
  19. ^ “The Nobel Prize in Physics 1957”. The Nobel Foundation. Retrieved March 24, 2015.
  20. ^ Ivanov, A. N.; Höllwieser, R.; Troitskaya, N. I.; Wellenzohn, M.; Berdnikov, Ya. A. (2017-06-26). “Precision theoretical analysis of neutron radiative beta decay to order O ( α 2 / π 2 )”. Physical Review D. 95 (11): 113006. arXiv:1706.08687. Bibcode:2017PhRvD..95k3006I. doi:10.1103/PhysRevD.95.113006. ISSN 2470-0010. S2CID 119103283.
  21. ^ Ivanov, A. N.; Höllwieser, R.; Troitskaya, N. I.; Wellenzohn, M.; Berdnikov, Ya. A. (2018-11-30). “Gauge properties of hadronic structure of nucleon in neutron radiative beta decay to order O(α/π) in standard V − A effective theory with QED and linear sigma model of strong low-energy interactions”. International Journal of Modern Physics A. 33 (33): 1850199. arXiv:1805.09702. doi:10.1142/S0217751X18501993. ISSN 0217-751X. S2CID 119088802.
  22. ^ Loveland, W. D. (2005). Modern Nuclear Chemistry. Wiley. p. 232. ISBN 978-0471115328.
  23. ^ a b Zuber, K. (2011). Neutrino Physics (2nd ed.). CRC Press. p. 466. ISBN 978-1420064711.
  24. ^ Jevremovic, T. (2009). Nuclear Principles in Engineering. Springer Science + Business Media. p. 201. ISBN 978-0-387-85608-7.
  25. ^ “Interactive Chart of Nuclides”. National Nuclear Data Center, Brookhaven National Laboratory. Archived from the original on 2018-10-10. Retrieved 2014-09-18.
  26. ^ “WWW Table of Radioactive Isotopes, Copper 64”. LBNL Isotopes Project. Lawrence Berkeley National Laboratory. Archived from the original on 2013-12-14. Retrieved 2014-09-18.
  27. ^
    “WWW Table of Radioactive Isotopes, Potassium 40”. LBNL Isotopes Project. Lawrence Berkeley National Laboratory. Archived from the original on 2013-10-09. Retrieved 2014-09-18.
  28. ^ a b c Kenneth S. Krane (5 November 1987). Introductory Nuclear Physics. Wiley. ISBN 978-0-471-80553-3.
  29. ^ Nave, C. R. “Energy and Momentum Spectra for Beta Decay”. HyperPhysics. Retrieved 2013-03-09.
  30. ^ Fermi, E. (1934). “Versuch einer Theorie der β-Strahlen. I”. Zeitschrift für Physik. 88 (3–4): 161–177. Bibcode:1934ZPhy…88..161F. doi:10.1007/BF01351864. S2CID 125763380.
  31. ^ Mott, N. F.; Massey, H. S. W. (1933). The Theory of Atomic Collisions. Clarendon Press. LCCN 34001940.
  32. ^ Venkataramaiah, P.; Gopala, K.; Basavaraju, A.; Suryanarayana, S. S.; Sanjeeviah, H. (1985). “A simple relation for the Fermi function”. Journal of Physics G. 11 (3): 359–364. Bibcode:1985JPhG…11..359V. doi:10.1088/0305-4616/11/3/014. S2CID 250803189.
  33. ^ Schenter, G. K.; Vogel, P. (1983). “A simple approximation of the fermi function in nuclear beta decay”. Nuclear Science and Engineering. 83 (3): 393–396. doi:10.13182/NSE83-A17574. OSTI 5307377.
  34. ^ Kurie, F. N. D.; Richardson, J. R.; Paxton, H. C. (1936). “The Radiations Emitted from Artificially Produced Radioactive Substances. I. The Upper Limits and Shapes of the β-Ray Spectra from Several Elements”. Physical Review. 49 (5): 368–381. Bibcode:1936PhRv…49..368K. doi:10.1103/PhysRev.49.368.
  35. ^ Kurie, F. N. D. (1948). “On the Use of the Kurie Plot”. Physical Review. 73 (10): 1207. Bibcode:1948PhRv…73.1207K. doi:10.1103/PhysRev.73.1207.
  36. ^ Rodejohann, W. (2012). “Neutrinoless double beta decay and neutrino physics”. Journal of Physics G: Nuclear and Particle Physics. 39 (12): 124008. arXiv:1206.2560. Bibcode:2012JPhG…39l4008R. doi:10.1088/0954-3899/39/12/124008. S2CID 119158221.
  37. ^ Frauenfelder, H.; et al. (1957). “Parity and the Polarization of Electrons fromCo60”. Physical Review. 106 (2): 386–387. Bibcode:1957PhRv..106..386F. doi:10.1103/physrev.106.386.
  38. ^ Konopinski, E. J.; Rose, M. E. (1966). “The Theory of nuclear Beta Decay”. In Siegbhan, K. (ed.). Alpha-, Beta- and Gamma-Ray Spectroscopy. Vol. 2. North-Holland Publishing Company.
  39. ^ An Overview Of Neutron Decay Archived 2017-09-19 at the Wayback Machine J. Byrne in Quark-Mixing, CKM Unitarity (H. Abele and D. Mund, 2002), see p.XV
  40. ^ Daudel, Raymond; Jean, Maurice; Lecoin, Marcel (1947). “Sur la possibilité d’existence d’un type particulier de radioactivité phénomène de création e”. J. Phys. Radium. 8 (8): 238–243. doi:10.1051/jphysrad:0194700808023800.
  41. ^ Jung, M.; et al. (1992). “First observation of bound-state β decay”. Physical Review Letters. 69 (15): 2164–2167. Bibcode:1992PhRvL..69.2164J. doi:10.1103/PhysRevLett.69.2164. PMID 10046415.
  42. ^ Smoliar, M.I.; Walker, R.J.; Morgan, J.W. (1996). “Re-Os ages of group IIA, IIIA, IVA, and IVB iron meteorites”. Science. 271 (5252): 1099–1102. Bibcode:1996Sci…271.1099S. doi:10.1126/science.271.5252.1099. S2CID 96376008.
  43. ^ Bosch, F.; et al. (1996). “Observation of bound-state beta minus decay of fully ionized 187Re: 187Re–187Os Cosmochronometry”. Physical Review Letters. 77 (26): 5190–5193. Bibcode:1996PhRvL..77.5190B. doi:10.1103/PhysRevLett.77.5190. PMID 10062738.
  44. ^ a b Bilenky, S. M. (2010). “Neutrinoless double beta-decay”. Physics of Particles and Nuclei. 41 (5): 690–715. arXiv:1001.1946. Bibcode:2010PPN….41..690B. doi:10.1134/S1063779610050035. hdl:10486/663891. S2CID 55217197.

Bibliography[edit]

  • Tomonaga, S.-I. (1997). The Story of Spin. University of Chicago Press.
  • Tuli, J. K. (2011). Nuclear Wallet Cards (PDF) (8th ed.). Brookhaven National Laboratory. Archived (PDF) from the original on 2022-10-09.

External links[edit]

  • Ndslivechart.png The Live Chart of Nuclides – IAEA with filter on decay type
  • Beta decay simulation [1]

Бета-распад.

При бета-распаде из ядра вылетает электрон.

Формула реакции бета-распада:

( _{Z}^{M}textrm{X} ;;; rightarrow ;;; _{Z+1}^{M}textrm{Y} + _{-1}^{0}textrm{e} + _{0}^{0}textrm{ }widetilde{gamma } )

Ее также называют правилом смещения

При бета-распаде зарядовое число увеличивается на единицу, а массовое число не меняется.
  


Электрон в ядре образуется при распаде нейтрона на протон и электрон, электрон не может находиться внутри ядра
и покидает его.


Частица ( _{0}^{0}textrm{ }widetilde{gamma } ) называется антинейтрино.
Масса и заряд антинейтрино равны нулю
антинейтрино никак
не влияет на массовое и зарядовое
числа конечного элемента


При бета-распаде образуется элемент, порядковый номер которого на единицу ближе к концу таблицы Менделеева


Репетитор по физике и математике

8 916 478 10 32

Задача 1.

При бета-распаде изотопа кобальта образуется изотоп никеля и электрон. Найти зарядовое число

(Z) изотопа никеля,
полученного на выходе ядерной реакции.

( _{27}^{60}textrm{Co} ;;; rightarrow ;;;
_{{color{Red} Z }}^{60}textrm{Ni} +_{-1}^{0}textrm{e}+ _{0}^{0}textrm{ }widetilde{gamma } )

Показать ответ
    Показать решение
    Видеорешение




Задача 2.

Пользуясь фрагментом таблицы Менделеева, написать уравнение бета-распада изотопа калия ( _{19}^{40}textrm{K} . )
Что получается на выходе ядерной реакции?

бета распад

Показать ответ
    Показать решение
    Видеорешение



Задача 3.

Пользуясь фрагментом таблицы Менделеева, написать уравнение бета-распада таллия
Что получается на выходе ядерной реакции?

бета распад

Показать ответ
    Показать решение
    Видеорешение



Задача 4.

Написать уравнение бета-распада изотопа углерода ( _{6}^{15}textrm{C} )

Что получается на выходе ядерной реакции?

бета распад

Показать ответ
    Показать решение
    Видеорешение



Задача 5.

Пользуясь фрагментом таблицы Менделеева, написать реакцию бета-распада актиния
Что получается на выходе ядерной реакции?

бета распад

бета распад

Показать ответ
    Показать решение
    Видеорешение



Задача 6.

Один из изотопов водорода радиоактивен, это тритий ( _{1}^{3}textrm{H} )
Написать реакцию бета-распада трития.

Что получается на выходе ядерной реакции?

бета распад

Показать ответ
    Показать решение
    Видеорешение



Задача 7.

Изотоп лития ( _{3}^{8}textrm{Li} ) претерпевает бета-распад.
Написать ядерную реакцию, что получается на ее выходе?

бета распад

Показать ответ
    Показать решение
    Видеорешение


Добавить комментарий