การสลายตัวของสารกัมมันตรังสี

รังสีสามประเภท

• นิวเคลียสที่ไม่เสถียรจะเข้าสู่สภาพเสถียรโดยการปล่อย รังสี
• มีสามประเภท — อัลฟา เบตา และแกมมา — และมีพฤติกรรมที่แตกต่างกันมาก
• การแยกแยะพวกมันคือหัวใจสำคัญของหัวข้อนี้

แต่ละชนิดคืออะไร

• α: นิวเคลียสของฮีเลียม ($^{4}_{2}\alpha$), ประจุ $+2e$, มวล $\approx 4\ \text{u}$.
• β: อิเล็กตรอนความเร็วสูง ($\beta^{-}$) หรือโพซิตรอน ($\beta^{+}$), ประจุ $\mp e$, มวลน้อยมาก
• γ: โฟตอนพลังงานสูง ไม่มียังประจุ, ไม่มีมวล

การทะลุทะลวงและการทำให้ไอออน

• α: ถูกกั้นด้วยกระดาษ; ทำให้เกิดไอออนแรง
• β: ถูกกั้นด้วยอลูมิเนียมหนาไม่กี่มิลลิเมตร
• γ: ลดทอนได้เฉพาะด้วยตะกั่วหนา; ทำให้เกิดไอออนอ่อน

ในสนามไฟฟ้า

• สนามผลักประจุ: α เบี่ยงเบนเข้าหาแผ่นขั้วลบ, β$^{-}$ เบี่ยงเบนไปทางตรงข้าม, γ ไม่เบี่ยงเบนเลย
• แรงคือ $F = Eq$, ดังนั้น α จึงได้รับแรง สองเท่า ของ β — แต่มีมวลมากกว่าหลายพันเท่า, ดังนั้นจึงโค้งงอ น้อยกว่ามาก
• กฎเดียวกันสำหรับอนุภาคที่มีประจุสองชนิดในสนามเดียวกัน: เปรียบเทียบแรงด้วยประจุ, ความเร่งด้วย $\dfrac{q}{m}$

อนุภาคปฏิสสารและนิวตริโน

• ทุกอนุภาคมี อนุภาคปฏิสสาร — มวลเท่ากัน, ประจุตรงข้าม (โพซิตรอนคืออนุภาคปฏิสสารของอิเล็กตรอน)
• การสลายตัว β จะปล่อย (แอนติ)นิวตริโน ด้วยเสมอ: มวลเกือบเป็นศูนย์, ไม่มีประจุ, ตรวจจับยากมาก

ทำไม β ถึงมีพลังงานต่อเนื่อง

• การสลายตัว α แบ่งพลังงานระหว่าง สอง อนุภาค → α มีพลังงานคงที่หนึ่งค่า (แยกชั้น)
• การสลายตัว β แบ่งพลังงานระหว่าง สาม (รวมกับนิวตริโน) → พลังงาน β กระจายตั้งแต่ศูนย์จนถึงค่าสูงสุด (ต่อเนื่อง)

สมการการสลายตัว

• α: $^{A}_{Z}\text{X} \to {}^{A-4}_{Z-2}\text{Y} + {}^{4}_{2}\alpha$.
• β$^{-}$: $^{A}_{Z}\text{X} \to {}^{A}_{Z+1}\text{Y} + {}^{0}_{-1}\beta + \bar{\nu}_{e}$ (นิวตรอนกลายเป็นโปรตอน)
• β$^{+}$: $^{A}_{Z}\text{X} \to {}^{A}_{Z-1}\text{Y} + {}^{0}_{+1}\beta + \nu_{e}$ (โปรตอนกลายเป็นนิวตรอน)

ตัวอย่างทำข้อ: ไนโตรเจน-12 และสนามไฟฟ้า

คุณเข้าใจแล้ว