Betapartikler forekommer med enten negativ eller positiv ladning (β- eller β+) og er kendt for at være henholdsvis elektroner eller positroner, og derfor repræsenterer beta-henfald radioaktivt henfald, hvor der udsendes en betapartikel. Betapartiklernes kinetiske energi har et kontinuerligt spektrum.
Beta minus henfald
Hvis antallet af neutroner i en kerne er i overskud, vil en neutron undergå følgende omdannelse: n –> p + β- + νe*, dvs, en neutron vil blive omdannet til en proton med udsendelse af en beta-minuspartikel (elektron) og en antineutrino. Antineutrinoen har hverken hvilemasse eller elektrisk ladning og vekselvirker ikke let med stof.
For de isotoper, der gennemgår β- -nedbrydning, udsender hver kerne en elektron og en antineutrino. Massetallet forbliver det samme, men atomnummeret stiger med én.
Der findes talrige eksempler på beta-minus-emittere i naturen som 14C, 40K, 3H, 60Co osv. Det eksempel af betydning i radiologien er henfaldet af kobolt-60: 60Co –> 60Ni + β- + ν*.
Beta plus henfald
Hvis antallet af neutroner i en kerne er mindre end antallet af protoner i en ustabil kerne, vil en proton gennemgå følgende omdannelse: p –> n + β+ + νe, dvs.dvs. en proton vil blive omdannet til en neutron med udsendelse af en positron (β+ eller beta plus-partikel) og en neutrino. I lighed med en antineutrino har en neutrino hverken elektrisk ladning eller hvilemasse.
I tilfælde af β+ henfaldet udsender hver henfaldende kerne en positron og en neutrino, hvorved dens atomnummer reduceres med én, mens massetallet forbliver det samme.
En positron eksisterer ikke i længere tid i nærvær af stof. Derefter kombinerer den sig med en elektron, som den undergår annihilation med. Masserne af begge partikler erstattes derefter af elektromagnetisk energi, der udsendes fra annihilationen i form af to 511-keV-gammastråler, der udsendes i næsten modsatte retninger.
Der findes ingen positron-emittere i naturen. De produceres i atomreaktioner. De vigtigste positronemittere i medicin er 11C, 15O, 18F, 30P osv.
Elektronindfangning
Elektronindfangning sker samtidig med beta plus henfald (dvs. i kerner med for få neutroner). I stedet for at omdanne en proton til en neutron med udsendelse af en betapartikel sammen med en neutrino, indfanger protonerne en elektron fra K-skallen: p + e –> n + ν.
Energien af de udsendte betapartikler er omkring 3 MeV, mens deres hastighed omtrent svarer til lysets hastighed.
Betapartikler kan trænge igennem stof. De mister energi i kollisioner med atomerne. Der er faktisk to processer involveret:
- en betapartikel overfører en lille del af sin energi til det ramte atom
- en betapartikel afbøjes fra sin oprindelige bane ved hver kollision, og da hastighedsændringen fører til udsendelse af elektromagnetisk stråling, går en del af energien tabt i form af lavenergirøntgenstråler (Bremsstrahlung).
Historie og etymologi
Enrico Fermi teoretiserede først beta-forfaldet i 1933. Det var faktisk i det år, at han skrev sit berømte værk: “Tentativo di una teoria dell’emissione dei raggi beta”; heri omdannede han Pauli’s kvalitative hypotese til en kvantitativ teori.
Se også
- Alpha-henfald