Decadimento beta
Il decadimento beta modifica l’equilibrio tra protoni e neutroni nel nucleo attraverso l’interazione debole. A differenza del decadimento alfa, il numero di massa può restare invariato mentre il numero atomico cambia di una unità. L’elettrone o il positrone emesso viene creato durante il decadimento: non era immagazzinato all’interno del nucleo.
Il beta meno trasforma un neutrone in un protone
Nel decadimento beta meno, un neutrone si trasforma in un protone producendo un elettrone e un antineutrino elettronico. A livello nucleare, A resta invariato e Z aumenta di uno.
beta meno: neutrone → protone + elettrone + antineutrino.
nucleo completo: (A, Z) → (A, Z + 1) + elettrone + antineutrino.
Nel processo completo si conservano carica, energia, quantità di moto e momento angolare.
Beta più e cattura elettronica
Altri processi deboli spostano il nucleo nella direzione opposta. Nel decadimento beta più, un protone si trasforma in un neutrone mentre vengono prodotti un positrone e un neutrino elettronico, quindi Z diminuisce di uno. Nella cattura elettronica il nucleo cattura un elettrone atomico, un protone diventa un neutrone e viene emesso un neutrino. In tutti questi casi cambia il rapporto neutroni-protoni.
Lo spettro continuo e il neutrino
Se il decadimento beta producesse soltanto un nucleo figlio e un elettrone, una transizione nucleare fissata darebbe all’elettrone un’energia quasi fissa. Gli esperimenti mostrano invece uno spettro continuo. La parte mancante viene trasportata dal neutrino o antineutrino, con una piccola quota nel rinculo nucleare. È una ragione diretta per includere il neutrino nel bilancio di energia e quantità di moto.
Come interagiscono le particelle beta con la materia
Le particelle beta sono molto più leggere delle alfa e in genere percorrono distanze maggiori nella materia, ma le loro traiettorie vengono facilmente deviate dai campi elettrici dei nuclei atomici e dalle collisioni con gli elettroni. Penetrazione e perdita di energia dipendono dall’energia e dal materiale. Come per ogni radiazione, attività, energia delle particelle, geometria e condizioni di esposizione non devono essere ridotte a un’unica vaga idea di «intensità».
Esempi svolti
1. Trovare il nucleo figlio nel beta meno
Il carbonio-14 ha A = 14 e Z = 6. Il beta meno lascia A = 14 e porta Z a 7: si ottiene azoto-14.
2. Distinguere il beta più
Nel beta più A resta invariato e Z diminuisce di uno. Un genitore con A = 22 e Z = 11 produce quindi un figlio con A = 22 e Z = 10.
3. Spiegare lo spettro
Due elettroni beta provenienti da transizioni nucleari identiche possono avere energie cinetiche diverse perché, in ciascun evento, l’energia disponibile viene ripartita in modo diverso tra elettrone, neutrino e rinculo.