התפרקות רדיואקטיבית

תהליכים גרעיניים נוספים

ניוטרינו

תצפיות שנערכו על קרינות בטא נתקלו לפעמים בבעיה פיזיקאלית. הבעיה הייתה שחוק שימור התנע וחוק שימור האנרגיה לא התקיימו בעת ההתפרקות ופליטת הקרינה. כדי לפתור בעיה זו הציע הפיזיקאי וולפגאנג פאולי את קיומו של חלקיק נוסף, שלא התגלה עד כה. חלקיק נעלם זה הינו חסר מטען חשמלי, כלומר ניטראלי וכמעט חסר מסה לחלוטין. חלקיק חדש זה, כך טען פאולי, נושא את האנרגיה החסרה אל מחוץ למערכת בהיפלטותו החוצה ובכך מיישב את חישובי חוק שימור התנע וחוק שימור האנרגיה.

חלקיק חדש ועדיין תיאורטי בלבד זה הינו כאמור חסר מטען חשמלי, כמו הניוטרון. אך בניגוד לניוטרון הוא בעל מסה מזערית ביותר (תחילה הוא אף נחשב בטעות כחסר מסה לחלוטין). בשל מסתו המזערית לעומת הניוטרון הציע אנריקו פרמי לקרוא לחלקיק חדש זה בשם ניוטרינו, שמשמעו באיטלקית ניוטרון קטן.

הניוטרינו מושפע רק מהכוח הגרעיני החלש ומכוח הכבידה. בשל מסתו המזערית הניוטרינו יכול לחדור ולעבור דרך מסות כבדות בלא להיות באינטראקציה איתם ואף מבלי להתגלות. משום כך קשה היה מאוד לגלות חלקיק זה ולאשר את קיומו. רק בשנת 1959 התגלה חלקיק הניוטרינו בתצפיות וקיומו אושר באופן סופי. מספר שנים מאוחר יותר התגלה אף חלקיק ניוטרינו מסוג נוסף אחר.

חלקיקי ניוטרינו נוצרים ונפלטים לא רק במהלך התפרקויות מסוג בטא, אלא גם כתוצאה מתהליכים גרעיניים בכוכבי שמש. למשל, השמש שלנו פולטת שטף של חלקיקי ניוטרינו. חלקיקי הניוטרינו מגיעים מהשמש אל כדור-הארץ ועוברים דרכו ודרכנו (גם ברגע זה ממש!) מבלי שכלל נרגיש בהם ומבלי שנהיה מושפעים מהם, כך יום וליל.

פליטת פוזיטרון

מתצפיות על התפרקויות רדיואקטיביות של גרעינים שונים התגלה כי ישנם גרעינים שמהם נפלטת קרינה של חלקיקים הזהים לאלקטרונים בתכונותיהם (מסה, ספין וכדומה), מלבד סימן המטען החשמלי שהוא חיובי. בשל העובדה שחלקיקים אלו זהים לאלקטרונים אך בעלי מטען חשמלי חיובי הם זכו להיקרא פוזיטרונים. חלקיק פוזיטרון מתקבל בתוך הגרעין כאשר פרוטון מתפרק לניוטרון. לכן פליטה של פוזיטרון מתוך הגרעין מורידה את המספר האטומי Z באחד ואינה משנה את מספר המסה A.

התפרקות זו דומה להתפרקות בטא ומסומנת כהתפרקות בטא+ (+β), להבדיל מהתפרקות בטא בה נפלט אלקטרון והמסומנת כהתפרקות בטא– (–β).

תהליך התפרקות בטא+ מתואר על-ידי המשוואה,

_ZX^A ==> _Z-1Y^A + e⁺ + ν

כאשר e⁺ מייצג חלקיק פוזיטרון ו- ν מייצג חלקיק ניוטרינו.

תהליך התפרקות בטא– מתואר על-ידי המשוואה,

_ZX^A ==> _Z+1Y^A + e^- + ῡ

כאשר e^- מייצג חלקיק אלקטרון ו- ῡ מייצג חלקיק אנטי-ניוטרינו.

האנטי-ניוטרינו הינו האנטי-חלקיק של הניוטרינו והוא נוצר כשנפלט אלקטרון מהמערכת, בניגוד לניוטרינו הנוצר כאשר נפלט פוזיטרון מהמערכת. נכון להיום (2017) עדיין לא ברור חד-משמעית אם האנטי-ניוטרינו הוא חלקיק שונה מהניוטרינו או הזהה לו לחלוטין. עוד על קיומם של האנטי-חלקיקים נלמד בהמשך.

לכידת אלקטרון

תהליך נוסף בו נפלט ניוטרינו מתוך מערכת סגורה הוא תהליך של לכידת אלקטרון. לכידת אלקטרון עשויה להתרחש באטום העשיר במספר פרוטונים בגרעינו. באטום מסוג זה עשוי אלקטרון הנמצא מחוץ לגרעין, אך באחד משני המסלולים הקרובים לו ביותר, ליפול לתוך הגרעין העשיר בפרוטונים ולהתאחד עם אחד מהם. האיחוד הזה הופך את הפרוטון שבגרעין לניוטרון ולפליטה של ניוטרינו החוצה.

תהליך לכידת האלקטרון מותיר את האטום עם פרוטון אחד פחות בגרעינו, אך עם הוספה של ניוטרון אחד לגרעינו. כלומר, מספר המסה של האטום A נותר ללא שינוי (מספר הנוקליאונים בגרעינו לא השתנה), אך המספר האטומי שלו Z פחת באחד.

תהליך זה מתואר על-ידי המשוואה,

_ZX^A + e- ==> _Z-1Y^A + ν

כאשר ν מייצג חלקיק ניוטרינו.

[לפרק הקודם | לפרק הבא]

[ עמוד ראשי - פיזיקה גרעינית | פיזיקה גרעינית - התפרקות רדיואקטיבית : גילוי הקרינה הרדיואקטיבית | סוגי קרינה רדיואקטיבית | קצב התפרקות רדיואקטיבית | תיארוך בעזרת התפרקות רדיואקטיבית | תהליכים גרעיניים נוספים | סדרות רדיואקטיביות | שימושי רדיואקטיביות וסכנות הקרינה | גלאי קרינה רדיואקטיבית | סיכום ]