Radioactive decay

           ေရဒီယိုသတၱိၾကြပ်က္စီးယို႕ယြင္းျခင္းဆုိသည္မွာ မတည္ျမဲေသာ ႏဴကလိယ (unstable nucleus) အတြင္းမွ ေရဒီယိုသတၱိၾကြအမူန္မ်ား (အယ္လ္ဖာ၊ ဘီတာ) သို႕မဟုတ္ ေရဒီယိုသတၱိၾကြဓါတ္ေရာင္ျခည္ (ဂါမာေရာင္ျခည္) မ်ား အလိုအေလ်ာက္ ထုတ္လႊတ္ေနျခင္းျဖစ္သည္။

Radioactive decay  ျဖစ္စဥ္ သံုးမ်ိဳးရွိပါသည္။

1)Beta decay

2)Alpha decay

3)Gamma decay

Beta decay

           Beta decay ဆိုသည္မွာ မတည္ၿမဲေသာ nucleus (unstable nucleus)အတြင္းမွ ဘီတာအမႈန္ ကိုထုတ္လႊတ္ျခင္းအားျဖင့္ ၎ထက္ပို၍တည္ၿမဲေသာ  nucleus အျဖစ္သို႕ ေျပာင္းလဲသြားေသာ ျဖစ္စဥ္ ျဖစ္ပါသည္။

Beta decay တြင္ decay ျဖစ္မည္႕ unstable nucleus ၏ ႏဴထရြန္အေရအတြက္ေပၚမူတည္၍ ျဖစ္စဥ္သံုးမ်ိဳး ျဖစ္ပြားႏိုင္သည္။၎ျဖစ္စဥ္သံုးမ်ိဳးမွာ

a)  β⁻ decay

b)  β⁺ decay

c)   electron capture  တို႕ျဖစ္ပါသည္။

              
     β⁻ decay  ျဖစ္စဥ္သည္ ႏဴထရြန္အေရအတြက္မ်ားေသာ unstable nucleus မ်ားတြင္ ျဖစ္ပြားပါသည္။ ၎ nucleus အတြင္းမွ ႏဴထရြန္တစ္လံုးသည္ ပရိုတြန္ ႏွင့္ အီလက္ထရြန္အျဖစ္သို႕ ေျပာင္းလဲသြားျပီး အီလက္ထရြန္ကို β⁻ အမူန္အျဖစ္ ထုတ္လႊတ္ပါသည္။ထိုအေျခအေနတြင္ nucleus အတြင္း၌ ပရိုတြန္တစ္လံုး ပိုသြားေသာေၾကာင့္ မူရင္း nucleus ထက္ ပရိုတြန္တစ္လံုးပိုမ်ားေသာ ပို၍တည္ၿမဲေသာ nucleus အသစ္ ျဖစ္ေပၚလာသည္။

                                        ¹⁴₆C       β^{−      14}₇N      +   e⁻ +    V_e

                    ပရိုတြန္= 6                         ပရိုတြန္= 7

                    ႏဴထရြန္= 8                        ႏဴထရြန္= 7

အထက္ပါ ညီမ်ွျခင္းတြင္ ကာဗြန္-14 မွ β⁻ decay ျဖစ္ျခင္းအားျဖင့္ ၎ထက္ ပရိုတြန္တစ္လံုးပိုမ်ားေသာ ႏိုက္ထရိုဂ်င္အျဖစ္သို႕ ေျပာင္းလဲသြားေသာျဖစ္စဥ္ ျဖစ္ပါသည္။ထိုေနရာတြင္ ႏိုက္ထရိုဂ်င္သည္ stable nucleus ျဖစ္ေသာေၾကာင့္ decay ျဖစ္စဥ္သည္ ဆက္လက္ျဖစ္ပြားျခင္းမရွိဘဲ ထိုေနရာ၌သာ အဆံုးသတ္ပါသည္။

               β⁺ decay ႏွင့္ electron capture (အီလက္ထရြန္ဖမ္းယူျခင္း) ျဖစ္စဥ္မ်ားသည္ ႏဴထရြန္ အေရ အတြက္ နညး္ေသာ unstable nucleus မ်ားတြင္ ျဖစ္ပြားပါသည္။ β⁺ decay ျဖစ္စဥ္တြင္ unstable nucleusအတြင္းမွ ပရိုတြန္တစ္လံုးသည္ ႏဴထရြန ္ ႏွင့္ ပိုဆီထရြန္အျဖစ္သို႕ ေျပာင္းလဲသြားျပီး ပိုဆီထရြန္ကို β⁺ အမူန္အျဖစ္ ထုတ္လႊတ္ပါသည္။ ထိုအေျခအေနတြင္ nucleus အတြင္း၌ ပရိုတြန္တစ္လံုး ေလ်ာ႕နည္းသြားေသာေၾကာင့္ မူရင္း nucleus ထက္ ပရိုတြန္တစ္လံုး ေလ်ာ႕နည္းေသာ ပို၍တည္ၿမဲေသာ nucleus အသစ္ ျဖစ္ေပၚပါသည္။

                      ¹⁸₉F        β^{+          18}₈O   +   e⁺  +  V_e 

         ပရိုတြန္=9                   97%              ပရိုတြန္=8

         ႏဴထရြန္=9                                      ႏဴထရြန္=10

      အထက္ပါ ညီမ်ွျခင္းတြင္ ဖလူအိုရင္း-18 မွ β⁺ decay ျဖစ္ျခင္းအားျဖင့္ ၎ထက္ ပရိုတြန္တစ္လံုးပိုနည္းေသာ ေအာက္ဆီဂ်င္အျဖစ္သို႕ ေျပာင္းလဲသြားေသာျဖစ္စဥ္ ျဖစ္ပါသည္။ ထိုေနရာတြင္လည္း ေအာက္ဆီဂ်င္သည္ stable nucleus ျဖစ္ေသာေၾကာင့္ decay ျဖစ္စဥ္ ဆက္လက္ျဖစ္ပြားႏုိင္ျခင္းမရွိေပ။

β⁺ decay ျဖစ္စဥ္တြင္ ပရိုတြန္တစ္လံုးမွ ပိုဆီထရြန္အျဖစ္သို႕ ေျပာင္းလဲသြားရန္  nucleus အတြင္းတြင္ စြမ္းအင္လိုအပ္ပါသည္။ အကယ္၍ ပရိုတြန္မွ ပိုဆီထရြန္သို႕ ေျပာင္းလဲရန္ nucleus အတြင္းတြင္ လံုေလာက္ေသာစြမ္းအင္မရွိခဲ႕ပါက β⁺ decay ျဖစ္စဥ္ ျဖစ္ပြားႏိုင္ျခင္းမရွိဘဲ အီလက္ထရြန္ဖမ္းယူျခင္း (electron capture) ျဖစ္စဥ္ ျဖစ္ပြားပါသည္။

                        

                            ¹⁸₉F + e^-    3%            ¹⁸₈O  +   V_e

အထက္ပါ ညီမမ်ွျခင္းႏွစ္ေၾကာင္းကို ႏူိင္းယွဥ္ၾကည္႕လ်ွင္ ဖလူအိုရင္း-18 သည္ 97% မွာ β⁺ decay ျဖစ္ပြားႏိုင္ၿပီး 3% မွာ အီလက္ထရြန္ဖမ္းယူျခင္း ျဖစ္စဥ္ ျဖစ္ပြားႏိုင္ပါသည္။အီလက္ထရြန္ဖမ္းယူျခင္း ျဖစ္စဥ္ဆိုသည္မွာ nucleus မွ ၎ႏွင့္အနီးဆံုး အီလက္ထရြန္ပတ္လမ္း (K-ပတ္လမ္း) မွာရွိေသာ အီလက္ထရြန္တစ္လံုးကို ဖမ္းယူျခင္းအားျဖင့္ decay ျဖစ္ျခင္းကို ဆိုလိုပါသည္။ K-ပတ္လမ္းမွ အီလက္ထရြန္ကို ဖမ္းယူၿပီး decayျဖစ္ေသာေၾကာင့္ ၎ျဖစ္စဥ္ကို K-capture decay ဟုလည္းေခၚဆိုပါသည္။

β⁻decay  ႏွင္႕  β⁺decay  ျဖစ္စဥ္မ်ားတြင္ အက္တမ္မ်ား၏ nucleus အတြင္း ႏဴထရြန္/ ပရိုတြန္ အေရအတြက္ အတိုးအေလ်ာ႕ ေျပာင္းလဲမူ႕ရွိေသာ္လည္း decay ျဖစ္ျပီးသြားေသာအခါ ၎အမူန္မ်ား(ႏဴထရြန္၊ပရိုတြန္)၏ အေရအတြက္စုစုေပါင္းသည္ အၿမဲတမ္းထပ္တူက်သည္။ ဤကဲ႕သို႕ျဖစ္ရျခင္းမွာ decay ျဖစ္ေသာအက္တမ္      မ်ား၏ mass number မ်ား ေျပာင္းလဲျခင္းမရွိေသာေၾကာင့္ျဖစ္သည္။

Notes :­β⁻ ,e^- တို႕သည္ ဓါတ္မသတၱိတန္ဘိုး (-1) ရွိေသာ အီလက္ထရြန္ကို ကိုယ္စားျပဳပါသည္။

β⁺,e⁺သည္ အီလက္ထရြန္နဲ႕ဆန္က်င္ဘက္ ဓါတ္ဖိုသတၱိ (+1) ရွိျပီး e⁺ကို ပိုဆီထရြန္ (positron)      ဟုေခၚပါသည္။

­V_e သည္ beta decay ျဖစ္ပြားစဥ္ beta အမူန္ႏွင့္အတူ nucleus အတြင္းမွထြက္လာေသာ အလြန္ေသးငယ္ေသာ ဓါတ္မဲ႕အမႈန္အမ်ိဳးအစားျဖစ္ျပီး neutrino ဟုေခၚပါသည္။

            V_e သည္ neutrino ၏ဆန္႕က်င္ဘက္ျဖစ္ျပီး anti-neutrino ဟုေခၚပါသည္။ ၎သည္လည္း 

          ဓါတ္မဲ႕အမႈန္အမ်ိဳးအစားျဖစ္ပါသည္။                             

Alpha decay

             Alpha decay ျဖစ္စဥ္သည္ ပရိုတြန္/ႏဴထရြန္ အခ်ိဳး ျမင့္မားေသာ unstable nucleus မ်ားတြင္သာ ျဖစ္ပြားပါသည္။ Alpha decay ဆိုသည္မွာ unstable nucleus မ်ားအတြင္းမွ အယ္လ္ဖာအမူန္မ်ား ထုတ္လႊတ္ျခင္းအားျဖင့္ ပို၍တည္ၿမဲေသာ nucleus အျဖစ္သို႕ ေျပာင္းလဲသြားေသာ ျဖစ္စဥ္ျဖစ္ပါသည္။ အယ္လ္ဖာ အမႈန္သည္ ဟီလီယံ(⁴₂He)၏  nucleus ႏွင့္ အတူတူပင္ျဖစ္ျပီးပရိုတြန္ ၂လံုးပိုင္ ဆိုင္ပါသည္။ ထို႕ေၾကာင့္ Alpha decay ျဖစ္စဥ္တြင္ decay ျဖစ္ေသာ nucleus မွ ပရိုတြန္ႏွစ္လံုး ဆံုးရံႈးျပီး ၎ထက္ပရိုတြန္ႏွစ္လံုး ေလ်ာ႕နည္းေသာ ပို၍တည္ၿမဲေသာ nucleus အသစ္ ျဖစ္ေပၚပါသည္။

             ²²⁶₈₈Ra                  ²²²₈₆Rn    +        ⁴₂He

        ပရိုတြန္=88                ပရိုတြန္=86

        ႏဴထရြန္=138              ႏဴထရြန္=136

          ²²²₈₆Rn                    ²¹⁸₈₄Pb      +          ⁴₂He

  
   အထက္ပါ ညီမ်ွျခင္းတြင္ radium-225 သည္ Alpha decay ျဖစ္ျခင္းအားျဖင့္ ပရိုတြန္ႏွစ္လံုး ဆံုးရံူးသြားျပီး radon-222 အျဖစ္သို႕ေျပာင္းသြားပါသည္။ သို႕ေသာ္ radon-222 သည္လည္း stable nucleus မဟုတ္သည္႕  အတြက္ decay ျဖစ္စဥ္ ဆက္လက္ျဖစ္ပြားျပီး radon-222 မွ lead-218 အျဖစ္သို႕ ေျပာင္းသြားပါသည္။ lead-218သည္ stable nucleus ျဖစ္ေသာေၾကာင္႕ decay ျဖစ္စဥ္သည္ ထိုေနရာ၌ အဆံုးသတ္ပါသည္။ဤသည္ကို ၾကည္႕ျခင္းအားျဖင့္ decay ျဖစ္ျခင္းဆိုသည္မွာ unstable အဆင့္မွ stable အဆင့္ေရာက္သည္အထိ အဆင့္ဆင့္ျဖစ္ပြားေၾကာင္းကို နားလည္ႏိုင္ေပသည္။ ထိုကဲ႕သို႕ အဆင္႕ဆင္႕ျဖစ္ပြားေသာ decay ျဖစ္စဥ္ၾကီးကို decay chain ဟုေခၚပါသည္။ အထက္ပါ ညီမ်ွျခင္းႏွစ္ေၾကာင္းကို ေအာက္ပါအတုိင္း တစ္ေၾကာင္းထဲ ေပါင္း၍ ေရးသားႏိုင္ပါသည္။

                               ²²⁶₈₈Ra        ∞      ²²²₈₆Rn      ∞         ²¹⁸₈₄Pb     +          ⁴₂He

ျမွားေပၚမွ အယ္လ္ဖာသေကၤတသည္ alpha decay ျဖစ္ေၾကာငး္ကို ျပသျပီး ⁴₂He သည္ အယ္လ္ဖာ အမႈန္ကို ကိုယ္စားျပဳပါသည္။

Gamma decay

     Gamma decay သည္ စြမ္းအင္ျမင့္ေသာ unstable nucleus မ်ားတြင္ျဖစ္ပြားပါသည္။ unstable nucleus အတြင္းမွ စြမ္းအင္အေျမာက္အမ်ားကို Gamma ray အျဖစ္ထုတ္လႊတ္ျခင္းအားျဖင့္ stable nucleus အျဖစ္သို႕ ကူးေျပာငး္သြားျခင္းျဖစ္ပါသည္။ Gamma decay ျဖစ္စဥ္တြင္ nucleus အတြင္းရွိ ပရိုတြန္ႏွင္႕ ႏဴထရြန္အေရအတြက္ ေျပာင္းလဲျခင္းမရွိေသာေၾကာင့္ ျဒပ္စင္အမ်ိဳးအစားလဲ ေျပာငး္လဲျခင္းမရွိပါ။

                ^99m₄₃Tc                      ⁹⁹₄₃Tc +   ⁰₀γ

အထက္ပါ ညီမ်ွျခင္းတြင္ metastable အေျခအေနတြင္ရွိေသာ Technetium-99m သည္ စြမ္းအင္မ်ားကို gamma-ray အျဖစ္ဆံုးရံႈးသြားျပီး stable အဆင့္တြင္ရွိေသာ Technetium-99 အျဖစ္သို႕ ကူးေျပာင္းသြားျခင္း

ျဖစ္ပါသည္။

                                   alpha,beta,gamma တို႕၏ေဖာက္ထြင္းႏိုင္မူ႕ကိုသရုပ္ျပပံု

   အထက္ပါပံုတြင္ အယ္လ္ဖာအမႈန္သည္ ေဖာက္ထြင္းႏိုင္မူ႕ အနည္းဆံုးျဖစ္ျပီး ၎ကို စကၠဴ တစ္ရြက္ျဖင္႕ပင္ တားဆီးႏိုင္သည္။ ဘီတာအမႈန္သည္ အယ္လ္ဖာအမႈန္ထက္ ေဖာက္ထြင္းအားပိုေကာင္းျပီး ၎ကို အလူမိနီယမ္ျပားျဖင္႕ တားဆီးႏိုင္သည္။ ဂါမာေရာင္ျခည္သည္ ေဖာက္ထြင္းအား အေကာင္းဆံုး ျဖစ္ျပီး ၎ကို ထူထဲေသာ ကြန္ကရစ္တံုးျဖင္႕တားဆီးႏိုင္သည္။ ေဖာက္ထြင္းႏိုင္မူ႕သည္ စြမ္းအင္ အနညး္အမ်ားအေပၚမူတည္သည္။ စြမ္းအင္မ်ားေသာေၾကာင္႕ ေဖာက္ထြင္းအားေကာင္းျခင္းျဖစ္သည္။ ထို႕ေၾကာင္႕ အယ္လ္ဖာ၊ ဘီတာ ၊ ဂါမာ သံုးမ်ိဳးတြင္ ဂါမာေရာင္ျခည္သည္ စြမ္းအင္အမ်ားဆံုး ၊ ဘီတာသည္ အလည္အလတ္ ၊ အယ္လ္ဖာသည္ စြမ္းအင္အနည္းဆံုးျဖစ္သည္။

          ေဖာက္ထြင္းႏိုင္မူ႕(penetrating power)
          အယ္လ္ဖာ   <  ဘီတာ  <   ဂါမာ