Qu’est-ce que la loi de conservation dans la désintégration bêta – Définition

Lois de conservation dans la désintégration bêta. Aux fins de l’analyse des réactions non relativistes, il suffit de noter quatre des lois fondamentales régissant ces réactions. Dosimétrie des rayonnements

La désintégration bêta ou la désintégration β représente la désintégration d’un noyau parent à une fille par l’émission de la particule bêta. Cette transition ( β  désintégration ) peut être caractérisé en tant que:

Beta Decay - Radioactivité bêta - définition

Lois de conservation dans la désintégration bêta

En analysant les réactions nucléaires , nous appliquons les nombreuses lois de conservation . Les réactions nucléaires sont soumises aux lois classiques de conservation pour la charge, la quantité de mouvement, la quantité de mouvement angulaire et l’énergie  (y compris les énergies de repos). Les lois de conservation supplémentaires, non prévues par la physique classique, sont:

Certaines de ces lois sont respectées en toutes circonstances, d’autres non. Nous avons accepté la conservation de l’énergie et de l’élan. Dans tous les exemples donnés, nous supposons que le nombre de protons et le nombre de neutrons sont conservés séparément. Nous trouverons des circonstances et des conditions dans lesquelles cette règle n’est pas vraie. Lorsque nous envisageons des réactions nucléaires non relativistes, c’est essentiellement vrai. Cependant, lorsque nous envisageons les énergies nucléaires relativistes ou celles impliquant les interactions faibles, nous constaterons que ces principes doivent être étendus.

Certains principes de conservation sont nés de considérations théoriques, d’autres ne sont que des relations empiriques. Néanmoins, toute réaction non expressément interdite par les lois sur la conservation se produira généralement, peut-être à un rythme lent. Cette attente est basée sur la mécanique quantique. À moins que la barrière entre les états initial et final ne soit infiniment élevée, il y a toujours une probabilité non nulle qu’un système fasse la transition entre eux.

Aux fins de l’analyse des réactions non relativistes, il suffit de noter quatre des lois fondamentales régissant ces réactions.

  1. Conservation des nucléons . Le nombre total de nucléons avant et après une réaction est le même.
  2. Conservation de la charge . La somme des charges sur toutes les particules avant et après une réaction est la même
  3. Conservation de l’élan . L’élan total des particules en interaction avant et après une réaction est le même.
  4. Conservation de l’énergie . L’énergie, y compris l’énergie de masse au repos, est conservée dans les réactions nucléaires.

Référence: Lamarsh, John R. Introduction au génie nucléaire 2e édition

Spectre énergétique de la désintégration bêta

Dans  les désintégrations alpha  et  gamma , la particule résultante (particule alpha  ou  photon ) a une  distribution d’énergie étroite , car la particule transporte l’énergie de la différence entre les états nucléaires initial et final. Par exemple, en cas de désintégration alpha, lorsqu’un noyau parent se décompose spontanément pour donner un noyau fille et une particule alpha, la somme de la masse des deux produits n’est pas tout à fait égale à la masse du noyau d’origine (voir  Défaut de masse ) . Du fait de la loi de conservation de l’énergie, cette différence apparaît sous la forme de l’  énergie cinétique de la particule alpha. Étant donné que les mêmes particules apparaissent en tant que produits à chaque décomposition d’un noyau parent particulier, la différence de masse doit  toujours être la même et l’ énergie cinétique  des particules alpha doit également toujours être la même. En d’autres termes, le faisceau de particules alpha doit être  monoénergétique . 

On s’attendait à ce que les mêmes considérations tiennent pour un noyau parent se décomposant en un noyau fille et  une particule bêta . Étant donné que seuls l’électron et le noyau fille en recul ont été observés, une désintégration bêta, le processus était initialement  supposé être un processus à deux corps , tout comme la désintégration alpha. Il semblerait raisonnable de supposer que les particules bêta formeraient également un  faisceau monoénergétique .

Pour démontrer de deux energetics corps désintégration bêta, considérer la désintégration bêta dans laquelle un électron est émis et le noyau parent est au repos,  onservation de l’ énergie  exige:

conservation-de-l'énergie-désintégration bêta

Étant donné que l’électron est une particule beaucoup plus légère, il était prévu qu’il emporterait la majeure partie de l’énergie libérée, ce qui aurait une valeur unique  e- .

Spectre énergétique de la désintégration bêta
La forme de cette courbe d’énergie dépend de la fraction de l’énergie de réaction (valeur Q – la quantité d’énergie libérée par la réaction) qui est transportée par l’électron ou le neutrino.

Mais la réalité était différente . Cependant, le spectre des particules bêta mesuré par Lise Meitner et Otto Hahn en 1911 et par Jean Danysz en 1913 montrait plusieurs lignes sur un fond diffus. De plus, pratiquement toutes les particules bêta émises ont des énergies inférieures à celles prédites par la conservation de l’énergie dans les désintégrations à deux corps. Les électrons émis dans  la désintégration bêta ont un  spectre continu plutôt qu’un spectre discret qui semble contredire la conservation de l’énergie, dans l’hypothèse alors actuelle que la désintégration bêta est la simple émission d’un électron à partir d’un noyau. Lorsque cela a été observé pour la première fois,  il semblait menacer la survie de l’une des lois de conservation les plus importantes en physique !

Pour tenir compte de cette libération d’énergie,  Pauli a proposé  (en 1931) qu’il y ait émis dans le processus de désintégration  une autre particule , appelée plus tard par Fermi le  neutrino . Il est clair que cette particule doit être très pénétrante et que la conservation de la charge électrique nécessite que le neutrino soit électriquement neutre. Cela expliquerait pourquoi il était si difficile de détecter cette particule. Le terme neutrino vient de l’italien qui signifie «petit neutre» et les neutrinos sont désignés par la lettre grecque  ν (nu) . Dans le processus de désintégration bêta, le neutrino transporte l’énergie manquante et dans ce processus, la loi de  conservation de l’énergie reste valide .

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