واپاشی آلفا ، بتا(پوزیترون)، گاما (فیزیک دوازدهم)

قبل از اینکه با مفهوم واپاشی آشنا بشین ، باید مروری کوتاه بر روی اجزای هسته اتم داشته باشیم. اتم از سه بخش متفاوت به نام الکترون ، پروتون و نوترون تشکیل شده است. هسته اتم از نوترون و پروتون تشکیل شده است که به طور کلی نوکلئون نامیده می‌شود. هسته برخی از اتم های بزرگ به صورت خودبخودی از هم پاشیده می‌شوند و به هسته‌های کوچکتر تبدیل می‌شوند ، به این عمل یعنی شکسته شدن هسته یک اتم پرتوزایی می‌گویند.

تعاریف اولیه هسته اتم

• به تعداد پروتون های هسته یک اتم عدد اتمی می گویند و آن را با نماد Z نشان می‌دهند.
• تعداد نوترون های هسته را با نماد N نشان می‌دهند.
• به مجموع تعداد پروتون‌ها و نوترون‌های هسته اتم عدد جرمی می‌گویند و با نماد A نشان می‌دهند.

$${}_{\text{Z}}{}^{\text{A}}\text{x}{}_N$$

پرتوزایی طبیعی

همانطوری که گفته شد هسته برخی از عناصر به صورت طبیعی دچار شکافت(واپاشی) می‌شوند یعنی بصورت مثال یک یا چند پروتون‌ هسته دچار شکافت شده و تبدیل به عناصر کوچکتری می‌شود که این شکافت هسته‌ای با گسیل پرتوهایی همچون آلفا ، بتا ، گاما همراه است. برای درک بهتر پرتوزایی عناصر هر مورد رو به صورت جداگانه بررسی می‌کنیم.

واپاشی آلفا

در واپاشی آلفازا از هسته مادر ، 2 پروتون و 2 نوترون کم می شود. برای درک بهتر به تصویر زیر دقت کنید.

بصورت خلاصه مطابق تصویر بالا هسته ناپایدار ، با گسیل ذره آلفا دو بار مثبت ( هلیوم دو بار مثبت ) به هسته کوچکتری تبدیل می شود ، معادله واپاشی آلفا در حالت کلی به صورت زیر است.

$${}_Z{}^{A}X\to {}_{Z-2}{}^{A-4}X+{}_2{}^4\alpha$$

واپاشی بتا

نوع دیگری از واپاشی هسته‌های ناپایدار ، واپاشی بتازا است که این مدل از واپاشی به دو دسته کلی تقسیم می شود.

• واپاشی بتای منفی (الکترون)
• واپاشی بتای مثبت (پوزیترون)

واپاشی بتای منفی

در واپاشی بتای منفی یک نوترون به الکترون و پروتون شکسته می شود. برای درک بهتر به تصویر زیر دقت کنید.

$${}_Z{}^A\text{X}\to {}_{Z+1}{}^{A}Y+{}_{-1}{}^{0}e$$

واپاشی پوزیترون

در واپاشی بتای مثبت ( پوزیترون ) ، یک پروتون به نوترون و پوزیترون تبدیل می‌شود. پوزیترون جرمی برابر الکترون دارد ولی با این تفاوت که بار الکتریکی پوزیترون مثبت است.

$${}_Z{}^A\text{X}\to {}_{Z-1}{}^{A}Y+{}_{+1}{}^{0}e$$

واپاشی گاما

بعد از اینکه هسته ناپایدار با واپاشی آلفا و بتا دچار فروپاشی شد ، همچنان در حالت ناپایدار و بر انگیخته قرار دارد که در این حالت با گسیل فوتون‌های پر انرژی به حالت پایه می‌رسد. توجه کنید که در واپاشی گامازا عدد جرمی A و عدد اتمی Z تغییری نمی‌کند زیرا هسته مادر دچار تغییری نمی‌شود و فقط در این حالت فوتون‌های پر انرژی گسیل می‌شود ، ضمنا حالت برانگیخته (هسته مادر) را با نماد * مشخص می‌کنند.

$${}_Z{}^A\text{X}{}^{*}\to {}_Z{}^{A}X+{}_0{}^0\gamma$$