Beetahiukkaset esiintyvät joko negatiivisella tai positiivisella varauksella (β- tai β+), ja niiden tiedetään olevan joko elektroneja tai positroneja, joten beetahajoaminen edustaa radioaktiivista hajoamista, jossa emittoituu beetahiukkanen. Beetahiukkasten liike-energialla on jatkuva spektri.
Beta miinus hajoaminen
Jos ytimessä on liikaa neutroneita, neutroni käy läpi seuraavan muodonmuutoksen: n –> p + β- + νe*, ts, neutroni muuttuu protoniksi emittoimalla beeta-miinus-hiukkasen (elektroni) ja antineutriinon. Antineutriinolla ei ole lepomassaa eikä sähkövarausta eikä se vuorovaikuta helposti aineen kanssa.
β- -hajoamisen läpikäyvissä isotoopeissa jokainen ydin emittoi elektronin ja antineutriinon. Massaluku pysyy samana, mutta atomiluku kasvaa yhdellä.
Luonnossa on lukuisia esimerkkejä beetaminus-säteilijöistä, kuten 14C, 40K, 3H, 60Co jne. Radiologian kannalta tärkeä esimerkki on koboltti-60:n hajoaminen: 60Co –> 60Ni + β- + ν*.
Beta plus -hajoaminen
Jos neutronien lukumäärä ytimessä on pienempi kuin protonien lukumäärä epästabiilissa ytimessä, protoni käy läpi seuraavan muunnoksen: p –> n + β+ + νe, i.eli protoni muuttuu neutroniksi, jolloin emittoituu positroni (β+ eli beeta plus -hiukkanen) ja neutriino. Antineutriinon tavoin neutriinolla ei ole sähkövarausta eikä lepomassaa.
β+ -hajoamisessa jokainen hajoava ydin emittoi positronin ja neutriinon, jolloin sen järjestysluku pienenee yhdellä massaluvun pysyessä samana.
Positroni ei ole olemassa pitkiä aikoja aineen läsnäollessa. Sen jälkeen se yhdistyy elektroniin, jonka kanssa se käy läpi annihilaation. Molempien hiukkasten massat korvautuvat tällöin sähkömagneettisella energialla, joka emittoituu annihilaatiosta kahden 511 keV:n gammasäteilyn muodossa, jotka emittoituvat lähes vastakkaisiin suuntiin.
Luonnossa ei ole positronin emittoimia. Niitä syntyy ydinreaktioissa. Tärkeimpiä positroniemissioita lääketieteessä ovat 11C, 15O, 18F, 30P jne.
Elektronin sieppaus
Elektronin sieppaus tapahtuu samanaikaisesti beetaplussahajoamisen kanssa (ts. ytimissä, joissa on liian vähän neutroneita). Sen sijaan, että protoni muuttuisi neutroniksi, jolloin beetahiukkanen emittoituu yhdessä neutriinon kanssa, protoni kaappaa elektronin K-kuoresta: p + e –> n + ν.
Emmittoituvien beetahiukkasten energia on noin 3 MeV, kun taas niiden nopeus vastaa suunnilleen valonnopeutta.
Betahiukkaset voivat läpäistä aineen. Ne menettävät energiaa törmäyksissä atomien kanssa. Tähän liittyy itse asiassa kaksi prosessia:
- beetahiukkanen siirtää pienen osan energiastaan iskeytyneeseen atomiin
- beetahiukkanen poikkeaa alkuperäiseltä radaltaan jokaisessa törmäyksessä, ja koska nopeuden muutos johtaa sähkömagneettisen säteilyn emittoitumiseen, osa energiasta häviää matalaenergisen röntgensäteilyn (Bremsstrahlung) muodossa.
Historia ja etymologia
Enrico Fermi teoretisoi ensimmäisen kerran beetahajoamisen vuonna 1933. Tuona vuonna hän itse asiassa kirjoitti kuuluisan teoksensa: ”Tentativo di una teoria dell’emissione dei raggi beta”; siinä hän muutti Paulin kvalitatiivisen hypoteesin kvantitatiiviseksi teoriaksi.
Katso myös
- alfahajoaminen
.