Les particules bêta se produisent avec une charge négative ou positive (β- ou β+) et sont connues pour être soit des électrons, soit des positrons, respectivement, donc la désintégration bêta représente la désintégration radioactive, dans laquelle une particule bêta est émise. L’énergie cinétique des particules bêta a un spectre continu.
Décroissance bêta moins
Si le nombre de neutrons dans un noyau est en excès, un neutron subira la transformation suivante : n –> p + β- + νe*, c’est-à-dire, un neutron sera converti en proton avec l’émission d’une particule bêta-minus (électron) et d’un antineutrino. L’antineutrino n’a ni masse au repos ni charge électrique et n’interagit pas facilement avec la matière.
Pour les isotopes qui subissent une désintégration β-, chaque noyau émet un électron et un antineutrino. Le numéro de masse reste le même mais le numéro atomique augmente de un.
Il existe de nombreux exemples d’émetteurs bêta moins dans la nature comme le 14C, le 40K, le 3H, le 60Co, etc. L’exemple d’importance en radiologie est la désintégration du cobalt-60 : 60Co –> 60Ni + β- + ν*.
Désintégration bêta plus
Si le nombre de neutrons d’un noyau est inférieur au nombre de protons d’un noyau instable, un proton subira la transformation suivante : p –> n + β+ + νe, c’est-à-dire qu’un proton se transformera en proton.c’est-à-dire qu’un proton sera converti en un neutron avec l’émission d’un positron (particule β+ ou bêta plus) et d’un neutrino. Semblable à un antineutrino, un neutrino n’a pas de charge électrique ni de masse au repos.
Dans le cas de la désintégration β+, chaque noyau en désintégration émet un positron et un neutrino, réduisant son numéro atomique d’une unité alors que le nombre de masse reste le même.
Un positron n’existe pas longtemps en présence de matière. Il se combine alors avec un électron, avec lequel il subit une annihilation. Les masses des deux particules sont alors remplacées par l’énergie électromagnétique issue de l’annihilation sous la forme de deux rayons gamma de 511 keV qui sont émis dans des directions presque opposées.
Il n’y a pas d’émetteurs de positrons dans la nature. Ils sont produits dans les réactions nucléaires. Les émetteurs de positrons les plus importants en médecine sont le 11C, le 15O, le 18F, le 30P, etc.
Capture d’électrons
La capture d’électrons est concomitante à la désintégration bêta plus (c’est-à-dire dans les noyaux ayant trop peu de neutrons). Au lieu de la conversion d’un proton en neutron avec émission d’une particule bêta en même temps qu’un neutrino, le proton capture un électron de la coquille K : p + e –> n + ν.
L’énergie des particules bêta émises est d’environ 3 MeV, tandis que leur vitesse correspond approximativement à celle de la lumière.
Les particules bêta peuvent pénétrer dans la matière. Elles perdent de l’énergie lors des collisions avec les atomes. Il y a en fait deux processus impliqués :
- une particule bêta transfère une petite fraction de son énergie à l’atome frappé
- une particule bêta est déviée de sa trajectoire initiale par chaque collision et, comme le changement de vitesse entraîne l’émission d’un rayonnement électromagnétique, une partie de l’énergie est perdue sous forme de rayons X de faible énergie (Bremsstrahlung).
Histoire et étymologie
Enrico Fermi a théorisé pour la première fois la décroissance bêta en 1933. Cette année-là, en effet, il a écrit son célèbre ouvrage : « Tentativo di una teoria dell’emissione dei raggi beta » ; il y transforma l’hypothèse qualitative de Pauli en une théorie quantitative.
Voir aussi
- la décroissance alpha
.