Decadimento beta

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Introduzione

Decadimento beta Forma di radioattività che comporta la trasformazione di un nucleo padre instabile in un nucleo figlio di numero atomico maggiore o minore di un’unità, attraverso l’emissione di un elettrone (o di un positrone) e di un antineutrino (o di un neutrino). Esistono infatti due forme di decadimento beta, chiamate rispettivamente beta meno e beta più. Entrambi i processi sono regolati dall’interazione debole, una delle quattro forze fondamentali della natura. La teoria del decadimento beta si deve a Enrico Fermi e risale al 1934.

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Decadimento beta meno

Il decadimento beta meno consiste di fatto nella trasformazione di un neutrone in un protone, secondo la reazione:

n → p + e^- + ν’

Quindi, poiché l’antineutrino (l’antiparticella del neutrino) è privo di carica elettrica, un nucleo di numero di massa A e numero atomico Z si trasforma in un nucleo figlio che ha lo stesso numero di massa A e numero atomico Z + 1. Un tipico esempio di decadimento beta meno è quello che trasforma il carbonio 14 in azoto 14:

¹⁴C → ¹⁴N + e^- + ν’

Questa forma di radioattività spiega il fatto che non si trovino nell’universo neutroni liberi, ossia slegati da altri nucleoni: qualunque neutrone, infatti, se emesso nel corso di qualche processo nucleare, decade spontaneamente dopo circa 12 minuti.

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Decadimento beta più

Il decadimento beta più consiste nella trasformazione di un protone di un nucleo instabile in un neutrone, con emissione di un positrone e di un neutrino elettronico:

p → n + e⁺ + ν

Poiché anche il neutrino, come l’antineutrino, è elettricamente neutro, attraverso questo tipo di decadimento un nucleo di numero di massa A e numero atomico Z si trasforma in un nucleo figlio che ha lo stesso numero di massa A, e numero atomico Z – 1. Un esempio di decadimento beta più è quello che trasforma il carbonio 11 in boro 11:

¹¹C → ¹¹B + e⁺ + ν

Il decadimento beta più interessa solo protoni legati all’interno di nuclei, e non protoni liberi; come si è detto, infatti, il protone, a differenza del neutrone, è una particella stabile: è sostanzialmente il nucleo dell’idrogeno, l’elemento più abbondante nell’universo.

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Gli emettitori beta e l’equilibrio tra i nucleoni

Il decadimento beta può essere visto come un sistema messo in atto da alcuni nuclei instabili per trovare il giusto equilibrio tra numero di neutroni e numero di protoni, quello che garantisce la stabilità. Per i nuclei leggeri (con A minore di 50) tale equilibrio è dato da un ugual numero di protoni e di neutroni; per i nuclei più pesanti, la stabilità è garantita invece da un piccolo eccesso di neutroni rispetto ai protoni. Spesso, i nuclei figli prodotti da altre forme di decadimento radioattivo, quali l’alfa e la fissione spontanea, vanno incontro a uno o più decadimenti beta successivi appunto per assumere la configurazione più stabile in termini di numero di nucleoni.

Mentre per il decadimento alfa l’energia cinetica dei prodotti è ben definita, per il decadimento beta varia entro uno spettro continuo relativamente ampio. In altre parole, il nucleo figlio, l’elettrone e il neutrino si allontanano dal nucleo padre con energia cinetica variabile a seconda dei casi. Esistono infatti infiniti modi in cui l’energia liberata dal processo può essere ripartita tra tre particelle.