דעיכה רדיואקטיבית – בטא: היישומון

לעתים אנו נוהגים להתייחס לקרינה רדיואטיבית כאל שם כולל לכל סוגי הקרינה. בפועל אפשר לחלק את הקרינה לכמה סוגים שונים. היישומון שלפנינו עוסק בקרינת הבטא (למעשה קרינת בטא מינוס), שהיא קרינה של אלקטרונים הנפלטים מגרעיני אטומים כתוצאה מהתפרקות של נויטרונים בגרעין. בתהליך ההתפרקות הופך נויטרון בגרעין לפרוטון, ומשתחרר ממנו אלקטרון (וכן חלקיק נוסף שנקרא אנטי-נויטרינו אלקטרון). מאחר שאנרגיית המנוחה של הפרוטון נמוכה מזו של נויטרון, משתחררת בתהליך הזה אנרגיה בצורת אנרגיה קינטית של האלקטרון, שאינו נשאר בגרעין אלא חופשי לנוע. מאחר שנויטרון הופך לפרוטון, התהליך משנה את מספר הפרוטונים בגרעין – כלומר משנה את היסוד.

היישומון ממחיש את נושא הדעיכה הרדיואקטיבית על ידי שימוש בדעיכת בטא (לחצו על התמונה):

נתחיל במצב של אטום בודד. בצד ימין בחרו באטום מימן 3 (H3) בעל פרוטון ושני נויטרונים בגרעין. כשנויטרון מתפרק בהתפרקות בטא, נפלט מהגרעין אלקטרון והאטום הופך לאטום הליום 3 (He3). הליום 3 הוא יסוד חשוב שיש לו שימושים במחקר האקדמי ובגלאים שונים במערכי אבטחה – למשל גלאים לגילוי חומרי נפץ בשדות תעופה. הפירוק של מימן 3 הוא המקור היחיד להליום 3 בכדור הארץ.

התפרקות רדיואקטיבית היא תהליך סטטיסטי, כך שאי אפשר לקבוע עבור אטום בודד מתי בדיוק הוא יתפרק. אפשר רק לתת ניסוי סטטיסטי שיחזה כיצד יתנהגו אטומים רבים – כלומר, במצב שבו יש התפרקויות רבות נדע כעבר כמה זמן חצי מהאטומים יתפרקו - פרק זמן המכונה "זמן מחצית החיים". בסרגל שבחלקו העליון של המסך תוכלו לעקוב אחרי האטום שלכם ולראות מתי הוא התפרק. אם תחזרו על הניסוי פעמים רבות תוכלו לראות אם הממוצע מתקרב לזמן מחצית החיים.

כעת חזרו על הניסוי עם פחמן 14 (C14) ושימו לב לזמן מחצית החיים הארוך. נתון זה, ביחד עם העובדה שסוג הפחמן הזה נמצא בגופם של יצורים חיים, מאפשר שימוש מדעי חשוב מאוד בתהליך הזה. האם אתם יודעים מהו? נסו לבדוק זאת. כל חיפוש מהיר על אודות פחמן 14 באינטרנט יוביל אתכם לתוצאות מעניינות. אם יש לכם רעיונות, כתבו לנו אותם בפורום ואנו נדון בכך.

בחירת אטום מותאם תאפשר לכם לקבוע מהו זמן מחצית החיים שתרצו ולראות איך הבחירה הזו תשפיע על התהליך.

לשונית "אטומים רבים" (multiple atoms) תאפשר לכם לבדוק ביתר עיון את המשמעות של כך שמדובר בתהליך סטטיסטי. גם כאן תוכלו לבחור את אותם אטומים שהיו זמינים לכם בלשונית הקודמת, אולם הפעם אם תגררו אטומים מהסל תוכלו לאפשר לכמות רבה של אטומים לעבור את תהליך ההתפרקות. שימו לב שהאטומים אינם מתפרקים בו-זמנית, אלא באופן אקראי. אם תבחרו אטומים רבים תוכלו לראות כיצד זמן מחצית החיים מתקרב לממוצע הזמן שבו מחצית האטומים התפרקו.

למתעניינים, קיים תהליך דומה שמכונה "קרינת בטא פלוס". בקרינה זו, פרוטון הופך לנויטרון לפוזיטרון (אנטי-אלקטרון) ולנויטרינו אלקטרון, כך שהקרינה היא למעשה שטף של פויזטרונים. זו גם הסיבה לכך שהיא מכונה בטא פלוס - המטען של הפוזיטרונים חיובי, בשונה מהאלקטרונים. מאחר שלנויטרון יש מסה גדולה יותר מאשר לפרוטון, התהליך הזה אינו יכול להתרחש באופן טבעי ויש להוסיף לפרוטון אנרגיה בדרך כלשהי כדי להתחיל אותו.