¿Cómo puedo determinar si un elemento sufre emisión de electrones o de positrones?

Puede consultar las Tarjetas de billetera nuclear , alojadas por el Centro Nacional de Datos Nucleares , para el isótopo sobre el que tiene una pregunta.

Por ejemplo, si observamos todos los datos del número de masa$A=14$,

entonces vemos que el nitrógeno-14 es el único nucleido estable con este número de masa. El carbono-14 se descompone por$\beta^-$emisión. El modo de decaimiento"$\epsilon$"para oxígeno-14 significa"$\beta^+$decaimiento mezclado con captura de electrones ." Aparentemente, el flúor-14 ya es la línea de goteo de protones .

En cuanto a por qué se permiten estas desintegraciones: el nitrógeno es el punto final de desintegración beta para$A=14$porque es el isótopo con ese número de masa pero con la masa real más pequeña (tabulada aquí, en la columna$\Delta$, como el exceso de masa ).

¿ Cómo determinar si un elemento sufre emisión de electrones o de positrones ?

¡Esta es en realidad una elección falsa!

Por ejemplo, ⁴⁰ K decae de tres maneras:

• $\beta^-$89,28% (emite$e^- + \bar{\nu}$)
• $\beta^+$0.001% (emisiones$e^+ + \nu$)
• EC 10.72% (captura un electrón atómico, emite$\nu$más generalmente algunos fotones atómicos que lo acompañan)

Entonces, las tarjetas de billetera nuclear , aunque son increíblemente útiles, no son la última palabra en física nuclear.

¡actualización!: El comentario de @PM2Ring nos alerta de una ambivalencia o creatividad aún más nuclear:

Algunos isótopos pueden hacer desintegración beta tanto + como -, por ejemplo, Cu-64 . Ver también K-40

Del potasio-40 de Wikipedia :

El potasio-40 es un raro ejemplo de un isótopo que sufre ambos tipos de desintegración beta. En alrededor del 89,28% de los eventos, se desintegra en calcio-40 (40Ca) con emisión de una partícula beta (β-, un electrón) con una energía máxima de 1,31 MeV y un antineutrino. En alrededor del 10,72 % de los eventos, se desintegra en argón-40 (40Ar) por captura de electrones (EC), con la emisión de un neutrino y luego un rayo gamma de 1,460 MeV. La desintegración radiactiva de este isótopo en particular explica la gran abundancia de argón (casi el 1 %) en la atmósfera terrestre, así como la prevalencia del 40Ar sobre otros isótopos. Muy raramente (0.001% de los eventos), decae a 40Ar emitiendo un positrón (β+) y un neutrino

Es difícil obtener las proporciones de ramificación exactamente correctas porque la descomposición por tres modos diferentes, algunos radiativos, algunos al estado fundamental requieren diferentes técnicas para medir, y sus eficiencias son difíciles de normalizar con precisión.

No obstante, aquí hay un diagrama de descomposición de Hiperfísica que cita algunos trabajos históricos. Se puede encontrar algo similar en El método de datación K/Ar: principio, técnicas analíticas y aplicación a las erupciones volcánicas del Holoceno en el sur de Italia :

Aunque el decaimiento de 40K es algo complejo con el decaimiento a 40Ca y tres caminos a 40Ar, Dalrymple y Lanphere ¹ señalan que la datación por potasio-argón se estaba utilizando para abordar problemas geológicos significativos a mediados de la década de 1950. El siguiente diagrama de niveles de energía se basa en datos acumulados por McDougall y Harrison ² .

¹ Dalrymple, G. Brent y Lanphere, Marvin A., Potasio-Argón Dating, WH Freeman, 1969.

² .McDougall, Ian and Harrison, T. Mark, Geochronology and Thermochronology by the 40Ar/39Ar Method, 2nd Ed., Oxford, 1999.

La razón es la fuerza nuclear fuerte . Esta es la fuerza más poderosa de la naturaleza (en condiciones adecuadas). Esta es la fuerza que une protones y neutrones. Esta fuerza es más fuerte que la fuerza electrostática . Esta fuerza tiene unas propiedades que no especificaré, pero puedes leer ¿ Qué es la fuerza nuclear? – Definición, Propiedades, Ejemplos .

Pero a medida que aumenta el número de protones en el núcleo, la fuerza electrostática comienza a dominar a la fuerza nuclear fuerte . Para evitar esto, verá un patrón a medida que aumenta el número de protones en un núcleo. Este gráfico:

Puedes ver que hay un aumento exponencial en el número de neutrones y aumentamos el número atómico (Z). La fuerza nuclear fuerte no depende de la carga, por lo que a medida que aumenta el número de protones y la fuerza electrostática comienza a dominar, el núcleo necesita más neutrones para estabilizarse. Ahí es donde entra en juego la fuerza nuclear débil (que no discutiremos). Para estabilizar el núcleo, los protones comienzan a convertirse en neutrones, positrones y un neutrino (que es 𝛽+ decaimiento).

Para ¹⁴ O , es un híbrido de 𝛽+ y captura de electrones. Si quieres saber cuál es el fermión (partículas con 1/2 espín +o-) expulsado, en este caso un electrón o un positrón, es mediante el uso de un campo magnético o eléctrico (además es solo un cálculo mediante el cual puedes encontrar el partícula).