Бета-частица - Beta particle

Альфа-излучение состоит из гелий ядер и легко останавливается листом бумаги. Бета-излучение, состоящий из электроны или же позитроны, останавливается тонкой алюминиевой пластиной, но гамма-излучение требует экранирования плотным материалом, таким как свинец или бетон.[1]

А бета-частица, также называемый бета-луч или же бета-излучение (символ β), является высокоэнергетическим, высокоскоростным электрон или же позитрон выпущенный радиоактивный распад из атомное ядро в процессе бета-распад. Есть две формы бета-распада, β− распад и β+ распад, которые производят электроны и позитроны соответственно.[2]

Бета-частицы с энергией 0,5 МэВ имеют радиус действия около одного метра в воздухе; расстояние зависит от энергии частицы.

Бета-частицы - это разновидность ионизирующего излучения и для радиационная защита цели считаются более ионизирующими, чем гамма излучение, но менее ионизирующий, чем альфа-частицы. Чем выше ионизирующий эффект, тем больше повреждение живой ткани, но также ниже проникающая способность излучения.

Режимы бета-распада

β− распад (электронная эмиссия)

Основная статья: β− разлагаться
Бета-распад. Бета-частица (в данном случае отрицательный электрон) испускается ядро. Антинейтрино (не показано) всегда испускается вместе с электроном. Вставка: при распаде свободного нейтрона, протона, электрона (отрицательный бета-луч) и электронный антинейтрино производятся.

Нестабильное атомное ядро ​​с избытком нейтроны может претерпеть β− распад, где нейтрон превращается в протон, электрон и электронный антинейтрино (в античастица из нейтрино ):


п
 →
п
 +
е−
 +
ν
е

Этот процесс опосредуется слабое взаимодействие. Нейтрон превращается в протон через испускание виртуальный W− бозон. На кварк уровень, Вт− Эмиссия превращает нижний кварк в верхний кварк, превращая нейтрон (один верхний кварк и два нижних кварка) в протон (два верхних кварка и один нижний кварк).− затем бозон распадается на электрон и антинейтрино.

β- распад обычно происходит среди нейтронно-богатых побочные продукты деления произведено в ядерные реакторы. Свободные нейтроны также распадаются посредством этого процесса. Оба эти процесса вносят вклад в обильное количество бета-лучей и электронных антинейтрино, производимых топливными стержнями реакторов деления.

β+ распад (эмиссия позитронов)

Основная статья: Позитронное излучение

Нестабильные атомные ядра с избытком протонов могут испытывать β+ распад, также называемый распадом позитрона, когда протон превращается в нейтрон, позитрон, и электронное нейтрино:


п
 →
п
 +
е+
 +
ν
е

Бета-плюс-распад может происходить только внутри ядер, когда абсолютное значение энергия связи дочернего ядра больше, чем у родительского, т.е. дочернее ядро ​​является более низкоэнергетическим состоянием.

Схемы бета-распада

Схема распада цезия-137, показывающая, что он изначально подвергается бета-распаду. Гамма-пик 661 кэВ, связанный с 137Cs фактически выделяется дочерним радионуклидом.

На прилагаемой диаграмме схемы распада показан бета-распад цезий-137. 137Cs имеет характерный гамма-пик при 661 кэВ, но на самом деле он испускается дочерним радионуклидом. 137 кв.м.Ба. На диаграмме показаны тип и энергия испускаемого излучения, его относительное содержание и дочерние нуклиды после распада.

Фосфор-32 это бета-излучатель, широко используемый в медицине, с коротким периодом полураспада 14,29 дня.[3] и распадается на серу-32 под действием бета-распад как показано в этом ядерном уравнении:

32
15п
→32
16S1+
+
е−
+
ν
е

1.709 МэВ энергии высвобождается во время распада.[3] Кинетическая энергия электрон изменяется в среднем примерно на 0,5 МэВ, а остальная часть энергии переносится почти необнаруживаемыми электронный антинейтрино. По сравнению с другими нуклидами, излучающими бета-излучение, электрон умеренно энергичен. Его блокирует около 1 м воздуха или 5 мм акриловое стекло.

Взаимодействие с другим вопросом

Синий Черенковское излучение свет излучается из TRIGA бассейн реактора происходит из-за высокоскоростных бета-частиц, движущихся быстрее скорости света (фазовая скорость ) в воде (что составляет 75% скорости света в вакууме).

Из трех распространенных типов излучения радиоактивных материалов: альфа, бета и гамма, бета имеет среднюю проникающую способность и среднюю ионизирующую способность. Хотя бета-частицы, испускаемые различными радиоактивными материалами, различаются по энергии, большинство бета-частиц может быть остановлено несколькими миллиметрами алюминий. Однако это не означает, что бета-изотопы могут быть полностью экранированы такими тонкими экранами: по мере того, как они замедляются в веществе, бета-электроны испускают вторичные гамма-лучи, которые более проникающие, чем бета сами по себе. Экранирование, состоящее из материалов с более низким атомным весом, генерирует гамма-излучение с более низкой энергией, что делает такие экраны несколько более эффективными на единицу массы, чем экраны из материалов с высоким Z, таких как свинец.

Бета-излучение, состоящее из заряженных частиц, ионизирует сильнее, чем гамма-излучение. При прохождении через вещество бета-частица тормозится электромагнитными взаимодействиями и может испускать тормозное излучение рентгеновские лучи.

В воде бета-излучение от многих продукты ядерного деления обычно превышает скорость света в этом материале (что составляет 75% от скорости света в вакууме),[4] и таким образом генерирует синий Черенковское излучение когда он проходит через воду. Интенсивное бета-излучение твэлов реакторы бассейнов Таким образом, можно визуализировать через прозрачную воду, которая покрывает и защищает реактор (см. иллюстрацию справа).

Обнаружение и измерение

Бета-излучение обнаружено в изопропаноле камера тумана (после введения искусственного источника стронция-90)

Ионизирующее или возбуждающее воздействие бета-частиц на материю - это фундаментальные процессы, с помощью которых радиометрические приборы обнаружения обнаруживают и измеряют бета-излучение. Ионизация газа используется в ионные камеры и Счетчики Гейгера-Мюллера, а возбуждение сцинтилляторы используется в сцинтилляционные счетчики.В следующей таблице показаны величины излучения в единицах СИ и не в системе СИ:

Величины, связанные с ионизирующим излучением Посмотреть ‧ разговаривать ‧ редактировать
КоличествоЕдиница измеренияСимволВыводГодSI эквивалентность
Мероприятия (А)беккерельБкs−11974Единица СИ
кюриCi3.7 × 1010 s−119533.7×1010 Бк
РезерфордRd106 s−119461000000 Бк
Контакт (Икс)кулон на килограммКл / кгC⋅kg−1 воздуха1974Единица СИ
рентгенрESU / 0,001293 г воздуха19282.58 × 10−4 Кл / кг
Поглощенная доза (D)серыйГрJ ⋅кг−11974Единица СИ
эрг за граммэрг / гэргег−119501.0 × 10−4 Гр
радрад100 эрг⋅г−119530,010 Гр
Эквивалентная доза (ЧАС)зивертSvДж⋅кг−1 × Wр1977Единица СИ
рентген-эквивалент человекаrem100 эрг⋅г−1 Икс Wр19710,010 Зв
Эффективная доза (E)зивертSvДж⋅кг−1 × Wр Икс WТ1977Единица СИ
рентген-эквивалент человекаrem100 эрг⋅г−1 Икс Wр Икс WТ19710,010 Зв
  • В серый (Гр), это единица СИ поглощенная доза, который представляет собой количество энергии излучения, вложенной в облучаемый материал. Для бета-излучения это численно равно эквивалентная доза измеряется зиверт, что свидетельствует о стохастическом биологическом воздействии низких уровней радиации на ткани человека. Весовой коэффициент преобразования поглощенной дозы в эквивалентную дозу составляет 1 для бета-излучения, тогда как альфа-частицы имеют коэффициент 20, что отражает их большее ионизирующее воздействие на ткани.
  • В рад это устаревший CGS единица поглощенной дозы и rem это устаревший CGS единица эквивалентной дозы, используемая в основном в США.

Приложения

Бета-частицы можно использовать для лечения таких заболеваний, как: глаз и рак кости а также используются в качестве трассеров. Стронций-90 это материал, наиболее часто используемый для производства бета-частиц.

Бета-частицы также используются для контроля качества, чтобы проверить толщину предмета, например бумага, проходя через систему роликов. Часть бета-излучения поглощается при прохождении через продукт. Если изделие сделать слишком толстым или тонким, соответственно будет поглощаться другое количество излучения. Компьютерная программа, контролирующая качество производимой бумаги, затем перемещает ролики, чтобы изменить толщину конечного продукта.

Осветительное устройство, называемое Betalight содержит тритий и люминофор. Как тритий распадается, он испускает бета-частицы; они ударяют по люминофору, вызывая выделение люминофора фотоны, как и электронно-лучевая трубка в телевизоре. Для освещения не требуется внешнего источника энергии, и оно будет продолжаться, пока существует тритий (а люминофоры сами по себе химически не изменяются); то количество произведенного света упадет до половины своего первоначального значения через 12,32 года, период полураспада трития.

Бета-плюс (или позитрон ) распад радиоактивный индикатор изотоп является источником позитронов, используемых в позитронно-эмиссионная томография (ПЭТ сканирование).

История

Анри Беккерель, экспериментируя с флуоресценция, случайно узнал, что уран обнажил фотографический тарелка, обернутая черной бумагой, с неизвестным радиация это нельзя было выключить, как Рентгеновские лучи.

Эрнест Резерфорд продолжил эти эксперименты и открыл два разных вида излучения:

  • альфа-частицы которые не проявлялись на пластинах Беккереля, потому что они легко впитывались черной оберточной бумагой.
  • бета-частицы, которые в 100 раз более проницаемы, чем альфа-частицы.

Он опубликовал свои результаты в 1899 году.[5]

В 1900 году Беккерель измерил отношение массы к заряду (м/е) для бета-частиц методом Дж. Дж. Томсон используется для изучения катодных лучей и идентификации электрона. Он обнаружил, что е/м для бета-частицы то же самое, что и для электрона Томсона, и поэтому предположил, что бета-частица на самом деле является электроном.

Здоровье

Бета-частицы умеренно проникают в живую ткань и могут вызывать спонтанные мутация в ДНК.

Бета-источники можно использовать в радиационная терапия убить раковые клетки.

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ «Основы радиации». Сообщество по ядерному регулированию США. 2017-10-02.
  2. ^ Национальная лаборатория Лоуренса Беркли (9 августа 2000 г.). "Бета-распад". Ядерная настенная диаграмма. Министерство энергетики США. Получено 17 января 2016.
  3. ^ а б http://www.site.uottawa.ca:4321/astronomy/index.html#phosphorus32 В архиве 2006-07-05 на Wayback Machine
  4. ^ Макроскопическая скорость света в воде составляет 75% от скорости света в вакууме (называемой «с»). Бета-частица движется быстрее 0,75 c, но не быстрее c.
  5. ^ Э. Резерфорд (8 мая 2009 г.) [Статья, опубликованная Резерфордом в 1899 г.]. «Урановое излучение и создаваемая им электрическая проводимость». Философский журнал. 47 (284): 109–163. Дои:10.1080/14786449908621245.

дальнейшее чтение