Как я могу определить, подвергается ли элемент эмиссии электронов или позитронов?

Вы можете проверить ядерные карты кошелька , размещенные Национальным центром ядерных данных , для изотопа, о котором у вас есть вопрос.

Например, если мы посмотрим на все данные для массового числа$A=14$,

то мы видим, что азот-14 является единственным стабильным нуклидом с таким массовым числом. Углерод-14 распадается на$\beta^-$эмиссия. Режим затухания»$\epsilon$"для средства кислород-14"$\beta^+$распад, смешанный с захватом электронов ». По-видимому, фтор-14 уже является линией протонной капельницы .

Что касается того, почему эти распады разрешены: азот является конечной точкой бета-распада для$A=14$потому что это изотоп с этим массовым числом, но с наименьшей фактической массой (указанный здесь, в столбце$\Delta$, как избыток массы ).

Как определить, испускает ли элемент электроны или позитроны ?

На самом деле это ложный выбор!

Например, ⁴⁰ К распадается тремя способами:

• $\beta^-$89,28% (выделяет$e^- + \bar{\nu}$)
• $\beta^+$0,001% (выделяет$e^+ + \nu$)
• EC 10,72% (захватывает атомный электрон, испускает$\nu$плюс обычно несколько сопутствующих атомных фотонов)

Таким образом, карты ядерного кошелька , хотя и невероятно удобны, не являются последним словом в ядерной физике.

update!: Комментарий @PM2Ring предупреждает нас о еще большей ядерной амбивалентности или творчестве:

Некоторые изотопы могут совершать как +, так и -бета-распад, например, Cu-64 . Также см. К-40

Из Википедии Калий-40 :

Калий-40 является редким примером изотопа, который подвергается обоим типам бета-распада. Примерно в 89,28% случаев он распадается до кальция-40 (40Ca) с испусканием бета-частицы (β-, электрон) с максимальной энергией 1,31 МэВ и антинейтрино. Примерно в 10,72% случаев он распадается до аргона-40 (40Ar) путем электронного захвата (EC) с испусканием нейтрино, а затем гамма-излучением с энергией 1,460 МэВ. Радиоактивный распад именно этого изотопа объясняет большое содержание аргона (почти 1%) в атмосфере Земли, а также преобладание 40Ar над другими изотопами. Очень редко (0,001% событий) он распадается до 40Ar с испусканием позитрона (β+) и нейтрино.

Трудно точно определить коэффициенты ветвления, потому что распад по трем различным модам, некоторым излучательным, некоторым в основное состояние, требует разных методов измерения, и их эффективность трудно точно нормализовать.

Тем не менее, вот диаграмма распада из Гиперфизики , которая цитирует некоторые исторические работы. Аналогичное можно найти в книге «Метод датирования K / Ar: принцип, аналитические методы и применение к голоценовым извержениям вулканов в Южной Италии » :

Даже несмотря на то, что распад 40K несколько сложен с распадом до 40Ca и тремя путями до 40Ar, Далримпл и Ланфер ¹ отмечают, что к середине 1950-х годов калиево-аргоновое датирование использовалось для решения серьезных геологических проблем. Приведенная ниже диаграмма энергетических уровней основана на данных, собранных Макдугаллом и Харрисоном ² .

¹ Далримпл, Г. Брент и Ланфер, Марвин А., Калий-аргоновое датирование, WH Freeman, 1969.

^2. МакДугалл, Ян и Харрисон, Т. Марк, Геохронология и термохронология по методу 40Ar/39Ar, 2-е изд., Оксфорд, 1999.

Причина в сильном ядерном взаимодействии . Это самая мощная сила в природе (в подходящих условиях). Это сила, которая склеивает протоны и нейтроны вместе. Эта сила сильнее электростатической силы . У этой силы есть некоторые свойства, которые я не буду указывать, но вы можете прочитать Что такое ядерная сила? - Определение, свойства, примеры .

Но по мере увеличения числа протонов в ядре электростатическая сила начинает преобладать над сильной ядерной силой. Чтобы избежать этого, вы увидите закономерность по мере увеличения количества протонов в ядре. Этот график:

Вы можете видеть, что количество нейтронов увеличивается экспоненциально, и мы увеличиваем атомный номер (Z). Сильное ядерное взаимодействие не зависит от заряда, так как количество протонов увеличивается и начинает преобладать электростатическая сила, и ядру для стабилизации требуется больше нейтронов. Здесь в игру вступает слабое ядерное взаимодействие (которое мы обсуждать не будем). Чтобы стабилизировать ядро, протоны начинают превращаться в нейтроны, позитроны и нейтрино (это 𝛽+ распад).

Для ¹⁴ O это гибрид 𝛽+ и электронного захвата. Если вы хотите найти, что представляет собой выброшенный фермион (частицы со спином 1/2 +или-), в данном случае электрон или позитрон, то это с помощью магнитного или электрического поля (далее только расчет, с помощью которого можно найти частица).