جدول المحتويات
ويستمر اختراق الغموض العلمي واكتشاف كل ما هو جديد في عوالم الذرة والجزئيات وتفككها لذلك لابد من إلقاء الضوء على ظاهرة اضمحلال بيتا وتحللها.
ما هو اضمحلال بيتا؟
اضمحلال بيتا أو تفكك بيتاهو ظاهرة نشاط إشعاعي لعناصر كثيرة، تطلق فيه تلك العناصر أشعة بيتا، وسرعان ما تم اكتشاف أن أشعة بيتا هذه ماهي إلا فيض من الإلكترونات التي تنطلق من الذرة
ولما كان العنصر المصدر لتلك الإلكترونات يتحول أثناء تلك العملية التلقائية إلى عنصر آخر يتلوه مباشرة في الجدول الدوري توصلوا إلى حقيقة مصدر تلك الجسيمات فهي تصدر من أنوية تلك العناصر المشعة – كيف يمكن للنواة أن تصدر الكتروناً؟ تابع القراءة لتعرف- وبزيادة الأبحاث اتضح انه يوجد نوعان لهذا التحلل.
ما أنواع تحلل بيتا؟
النوع الأول يحدث لبعض العناصر غير المستقرة (ذات النشاط الإشعاعي) ويصدر من على متنها إلكترونات.
أما النوع الثاني فهي عناصر تطلق إلكترونات ذات شحنة كهربائية موجبة يسمى بوزيترون أو نقيض الإلكترون شحنيا (وكلمة بوزيترون تأتي من كلمتي positive electron) أي الإلكترون ذو الإشارة الموجبة ويعد الضد والعاكس للإلكترون العادي ذو الشحنة السالبة.
وفي كلتا الحالتين يتحلل العنصر المـُصدر لتلك الجسيمات إما إلى عنصر آخر يأتي بعده مباشرة في الجدول الدوري في حالة إصداره إلكترونا، أو يتحلل إلى عنصر قبله مباشرة في الجدول الدوري إذا أشع أو أطلق بوزيترونا.
فالبوزيترون يتساوى مع الإلكترون في كتلته وفي عزمه المغزلي (أي عزم دورانه حول محوره مثل المغزل الكمي الذي يحتويه إلكترونا ذو شحنة سالبة)، ويتساوى معه أيضا في مقدار شحنته الكهربائية والاختلاف بينهما يكاد ينحصر في كون الإلكترون سالب الشحنة والبوزيترون موجب الشحنة.
كيفية تحلل أو اضمحلال بيتا
في هذا التحلل لأحد العناصر يتحلل أحد نيوترونات النواة بواسطة التأثر الضعيف الذي يدخل فيه بوزون من نوع W− كعامل مساعد، فيتحلل النيوترون إلى بروتون وإلكترون (جسيم بيتا سالب) ونقيض نيوترينو إلكتروني. وبالعادة يحدث هذا في الذرات التي يكون فيها نسبة النيوترونات الى البروتونات مرتفعة فيتحلل النيوترون مطلقا الكترون خارج النواة وبروتون يبقى داخلها حتى يحدث التوازن
وطبقا لقانون انحفاظ الشحنة الكهربائية نجد أن البروتون الناتج عن التحلل شحنته موجبة وهي تساوي تماما شحنة الإلكترون الناتج أيضا عن التحلل وبذلك تتعادل مجموع الشحنتين اللتين على اليمين من المعادلة، وإلى اليسار من المعادلة نجد النيوترون وهو متعادل الشحنة الكهربية.
بذلك يتحقق قانون انحتفاظ الشحنة الكهربية. وكما على يمين المعادلة نجد انطلاق نقيض نيوترينو إلكتروني، وهو جسيم كتلته تقترب من الصفر، ولكنه أحد الأطراف الناتجة عن التحلل ويشارك البروتون والإلكترون في حمل الطاقة الناتجة عن التحلل والانطلاق بها خارج النواة وخارج الذرة.
ويجدر هنا الإشارة إلى أن نوع التيوترينو المطلق من هذه العملية اسمه نقيض نيوترينو-الإلكترون، بسبب وجود ستة أنواع من النيوترينو، نكتفي هنا بذكر الجسيم المسمى نقيض نيوترينو الإلكترون، كما يسميه البعض (مضاد نيوترينو-الإلكترون).
يزال عالم الذرة والجسيمات الأولية يحمل كثيرا من علامات الاستفهام، وطبقا لنظرية جديدة بدأت تأخذ مكانتها بين العلماء منذ 1980، نوضح تحلل التحلل بإصدار إلكترونا
حيث تقول النظرية الجديدة أن النيوترون مكون من ثلاثة جسيمات صغيرة اسمها كواركات وهم من نوع u,d,d. وأن البروتون هو الآخر مكون من ثلاثة أنواع أخرى من الكواركات، وهم u,d,u. وأن ما يحدث خلال التحلل هو تحلل أحد كواركات النيوترون من نوع d إلي كوارك من نوع u مع إطلاق إلكترونا ونقيض نيوترينو-الإلكترون، فيصبح بروتونا حيث تسير عملية التحلل من أسفل إلى أعلى.
في الواقع يتحلل النيوترون الحر، أي الطليق غير محبوس داخل نواة ذرة، يتحلل خلال 15 دقيقة على النحو الموصوف أعلاه. ونفس هذه العملية يتبعها النيوترون عندما يتحلل وهو حبيس داخل نواة الذرة.
وكل ما في الأمر أنه داخل النواة يستطيع التمتع بحياة أطول عنه من أن يكون حرا طليقا. ففي النواة يستطيع النيوترون العيش لمدة ملايين السنين أو أحيانا لمدة ثوان فقط، كل ذلك يعتمد على نوع العنصر الداخل في تكوينه، وكما توجد عناصر تتحلل بطرد الإلكترونات (جسيمات بيتا) توجد عناصر تتحلل بطرد البوزيترونات (جسيمات بيتا الموجبة الشحنة).
هنا سنستعمل فكرة فينمان الذي شرح لنا كيفية تحلل النيوترون إلى بروتون وإلكترون ونقيض نيوترينو-الإلكترون بوساطة أحد الجسيمات الثقيلة المسماة W−. في حالة التحلل بإصدار بوزيترونا (e+) لا بد من تواجد فائض من الطاقة في نواة الذرة تكفي لتكوين البوزيترون كتلته مساوية لكتلة الإلكترون (وهذا مثال لتحول الطاقة إلى كتلة بحسب علاقة أينشتاين التي تعطينا العلاقة بين الكتلة والطاقة E=mc2). ويتم هذا التحلل بواسطة بوزون ثقيل مع إطلاق نيوترينو-إلكترون.
ما علاقة الشمس في اضمحلال بيتا؟
هذه دورة من الدورات التي تحدث في الشمس والتي تتولد خلالها عناصر مختلفة أثقل من الهيدروجين، ويحدث ذلك بمساعدة تحلل البيتا. من ناحية المبدأ يمكن تنفيذ تلك الدورة في معمل الفيزياء.
وهي تتضمن تحول الكربون إلى النيتروجين إلى الأكسجين ثم إلى الكربون ثانيا في دورة مستمرة، وتحتوي على عمليتين للتحلل بيتا ويحدث في الشمس العديد مثل تلك الدورة مع عناصر أخرى، فالشمس ما هي إلا مفاعل نووي كبير، يندمج فيه الهيدروجين إلى هيليوم ثم إلى عناصر ثقيلة. والشمس ماهي إلا مطبخ للعناصر والوقود فيها هو الهيدروجين.
تابع القراءة: اضمحلال غاما – طاقة هائلة ويجب الحذر