Nükleer Fizik: Beta Eksi (β-) Bozunumu

β- bozunumu genel olarak; nötron sayısı, proton sayısına oranla daha fazla olan çekirdeklerde gerçekleşir.
β- bozunumuna dair en ilginç şey, bu bozunum sırasında çekirdekten elektron saçılmasıdır. İlk okuyuşunuzda biraz garip gelmiş olabilir. Elbette ki çekirdekte elektron bulunmuyor. Öyleyse nasıl oluyor da, çekirdekten elektron saçılabiliyor? Ne ilginç şey şu nükleer fizik, değil mi?

β- bozunumu sırasında, çekirdekte "fazlaca" bulunan nötronlar, proton ve elektrona dönüşür. Oluşan elektron ise, anında çekirdekten uzaklaşır ve saçılmış olur.
Eğer ki, saçılan beta eksi parçacıklarının sayıları ile enerjileri arasındaki ilişkiyi inceleyen grafiğe bakarsak, alfa parçacıklarında gözlemlediğimizden çok daha farklı bir şey gözlemleriz. Öyle ki, alfa bozunumunda saçılan parçacıkların enerjisi sabit bir değer iken; beta eksi bozunumunda, sürekli ve 0 ile maksimum değer arasında değişen bir enerji dağılımı gözlemleriz.

Beta eksi parçacığının maksimum kinetik enerjisini hesaplamaya geçmeden önce, karşımıza çıkan bir soruna cevap bulmamız gerekiyor.
Nötronun proton ve elektrona dönüştüğü bu bozunum sırasında, nasıl oluyor da enerji, çizgisel ve açısal momentum korunuyor?
1930 yılında, Pauli tarafından öne sürülen teoriye göre; eğer yüksüz, kütlesiz ya da kütlesi 0'a çok yakın olan ve 1/2 spine sahip olan bir parçacık, beta eksi bozunumu sırasında, beta eksi parçacığıyla birlikte saçılırsa, yukarıda bahsettiğimiz tüm nicelikler korunmakta. Eşlik eden bu parçacığa, antinötrino adını vermekteyiz.
Öyleyse, nötronun proton ve elektrona dönüşümünü şu şekilde ifade edebiliriz:

Bu da demek oluyor ki, herhangi bir element atomu için genel ifademiz:

β- Parçacığının Kinetik Enerjisi

Enerjinin korunumundan yola çıkarsak,

Bu da demek oluyor ki, parçalanma (disintegration) enerjisi Q;

Alfa bozunumu yazısında görmüştük ki, oluşan yeni element atomunun kinetik enerjisi oldukça düşük. Bu yüzden, diyebiliriz ki,

Bu da demek oluyor ki, açığa çıkan enerjinin çoğu, elektronun ve antinötrinonun kinetik enerjisine gitmekte. Eğer ki antinötrino'nun kinetik enerjisi 0 olursa, elektronun kinetik enerjisi maksimum olmuş olur. Bu da bize, grafikteki maksimum enerji değerini verir.

β- Bozunumuna Bir Örnek

β- bozunumuna uğrayan

atomundan saçılan elektronun sahip olabileceği maksimum enerjiyi hesaplayalım.
Bunun için, 2. denklemi kullanmalıyız. Öyleyse,

Eğer ki 4. denklemde kütle değerlerini yerine yazarsak, maksimum kinetik enerjinin 1.17 MeV olduğunu görürüz.

β-'nın Etkileşimi

İlerleyen yazılarımızda, β- bozunumunun çeşitli malzemelerle etkileşimlerini ve bu ışınımdan korunmanın yollarını konuşacağız. Ancak, kısaca söylemek gerekirse, alfa bozunumu kadar kolay şekilde engellenemese de, aşağıdaki figürde gördüğümüz gibi,  yaklaşık 0.5 cm kalınlığındaki bir alüminyum levha, beta ışınımını engellemeye yeterli olmakta.

İlerleyen yazılarımızda, diğer bozunum çeşitlerini ve bu bozunumların, çeşitli malzemelerle etkileşimlerini inceleyeceğiz.
Ege Can KARANFİL

---

Referanslar

1. Prof. Dr. Selahattin Özdemir, Health Physics ders notları
2. Energy Education, "Beta Decay"
   <https://energyeducation.ca/encyclopedia/Beta_decay>
3. Types of Radiation – Particles and Rays
   <http://www.people.vcu.edu/~mhcrosthwait/clrs322/Radiationinteractionwithmatter.htm>

Görsel Kaynakları

1. <http://inn.spb.ru/radiation-symbol-wallpaper/img572961565A7>