مروری بر انواع فروپاشی هسته‌ای

هسته­ها قادر به گسیل تابش به صورت خود‌به‌خودی هستند. فرآیند کلی به نام فروپاشی رادیواکتیو است.

فروپاشی رادیواکتیو معمولاً از سه نوع فروپاشی اصلی شامل: فروپاشی a، فروپاشی b و فروپاشی g تشکیل شده که در آن یک نوکلید ناپایدار به صورت خودبه­خود به یک شکل پایدارتر تغییر یافته و مقداری تابش گسیل می­کند. در جدول 1-1، خلاصه­ای از شكل انواع فروپاشی ملاحظه می­شود.

Normal 0 false false false EN-US X-NONE AR-SA

جدول 1-1‌‌. خواص فروپاشی رادیواکتیو.

نوع

فروپاشی

ذره­ گسیل شده

DZ

DN

DA

انرژی­نمونه ­ذره گسیل شده

مثال

رخداد

a


2-

2-

4-



83 Z >

b-

دارای انرژی

1+

1-

0



‌پايدار

b+

دارای انرژی

1-

1+

0



؛ هسته سبک

پايدار

EC


1-

1+

0



؛ هسته سنگین

پايدار‌

g

فوتون

0

0

0

 


هر هسته برانگيخته

IC

الکترون

0

0

0



حالت­هايي كه گسيل پرتو‌‌–γ ممنوع است.

 موضوعي که در سه فرآیند اصلي فروپاشی (و نام آن‌ها) وجود دارد این است که این فرآیندها به‌وسیله رادرفورد کشف گردید. وی نشان داد کلیه سه فرآیند در فروپاشی نمونه­ای از اورانیوم طبیعی (و دخترهای آن) رخ می­دهند. تابش­های گسیل با a، b و g  جهت نشان دادن قدرت نفوذ انواع مختلف تابش نام­گذاری شدند. تحقیقات بیشتر نشان داده است در فروپاشی α یک هسته سنگین به‌طور خود­به­خود یک هسته ‌He‌4 (یک ذره a) گسیل می­کند. ذرات گسیل شدهα  تک انرژی هستند و در نتیجه فروپاشی، هسته مادر دو پروتون و دو نوترون از دست داده به نوکلید جدیدی تبدیل می­گردد. کلیه هسته­ها با 83‌<‌Z ‌نسبت به این روش فروپاشی ناپایدار هستند. فروپاشی هسته­ای b به سه روش انجام می­پذیرد ،‌  و گیراندازی الکترون (EC). در این فروپاشی­ها، یک نوترون هسته (یا پروتون) به یک پروتون (یا نوترون) تبدیل و یک نوترینو (یا آنتی‌نوترينو) و یک الکترون (یا پوزیترون) دفع می­گردد.

در گیراندازی الکترون یک الکترون مداري به وسیله هسته جذب شده، پروتونی را به یک نوترون به همراه گسیل یک نوترینو تبدیل می­کند. تعداد کل نوکلئون­ها، ‌A‌، در این هسته‌ها در طی ‌فروپاشی­ها تغییری پیدا نکرده­ و تنها تعداد نسبی نوترون­ها و پروتون­ها تغییر می­نماید. به عبارت ديگر، این فرآیند مي­تواند یک عدم موازنه بین تعداد نوترون­ها و پروتون­ها را در هسته تنظیم نماید. در فروپاشی­های b+ و b- انرژی فروپاشی بین الکترون گسیل شده، نوترینو و هسته دختر پس زن به اشتراک گذاشته می‌شود. بنابر‌اين، طیف انرژی الکترون­های گسیل شده و نوترینوها در محدوده بین صفر و تا انرژی فروپاشی پيوسته خواهد بود. در فروپاشی EC، اساساً، کلیه انرژی فروپاشی به­ وسیله نوترینوي گسیل شده حمل می­گردد، هسته­های غنی از نوترون از طریق فروپاشی ‌b-فروپاشی نموده، در حالی که هسته­های غنی از پروتون به وسیله فروپاشیb+ یا EC فروپاشی می­کنند. فروپاشی b+ در هسته­های سبك مناسب بوده و نیاز به انرژی فروپاشی بالاتر از MeV02/1 (به دلایلی که بعداً مورد بحث قرار می­گیرند) دارد، در حالی‌که فروپاشی EC اکثراً در منطقه هسته­های سنگین­تر رخ می­دهند. فروپاشی الکترومغناطیسی هسته­ای به دو روش رخ می­دهد، فروپاشی EC و تبدیل داخلی (IC‌). در فروپاشی پرتو-‌‌g‌ هسته­ای دریک حالت بر‌انگیخته با گسیل یک فوتون فروپاشی می­کند. در تبدیل داخلی همان هسته برانگیخته انرژی خود را بدون تابش به یک الکترون مداري انتقال می­دهد که از اتم دفع می­گردد. در هر دو حالت فروپاشی، تنها انرژی برانگیختگی هسته بدون تغییر در تعداد هرگونه نوکلئون کاهش پیدا می­کند.