Le particelle beta si presentano con carica negativa o positiva (β- o β+) e sono note per essere rispettivamente elettroni o positroni, quindi il decadimento beta rappresenta il decadimento radioattivo, in cui viene emessa una particella beta. L’energia cinetica delle particelle beta ha uno spettro continuo.
Decadimento beta meno
Se il numero di neutroni in un nucleo è in eccesso, un neutrone subirà la seguente trasformazione: n –> p + β- + νe*, cioè, un neutrone sarà convertito in un protone con l’emissione di una particella beta-minus (elettrone) e un antineutrino. L’antineutrino non ha massa a riposo né carica elettrica e non interagisce facilmente con la materia.
Per gli isotopi che subiscono il decadimento β-, ogni nucleo emette un elettrone e un antineutrino. Il numero di massa rimane lo stesso, ma il numero atomico aumenta di uno.
Ci sono numerosi esempi di emettitori beta minus in natura come 14C, 40K, 3H, 60Co ecc. L’esempio importante in radiologia è il decadimento del cobalto-60: 60Co –> 60Ni + β- + ν*.
Decadimento beta plus
Se il numero di neutroni in un nucleo è inferiore al numero di protoni in un nucleo instabile, un protone subirà la seguente trasformazione: p –> n + β+ + νe, cioè un protone si trasformerà in un protone.cioè un protone sarà convertito in un neutrone con l’emissione di un positrone (β+ o particella beta plus) e un neutrino. Simile ad un antineutrino, un neutrino non ha carica elettrica né massa a riposo.
Nel caso del decadimento β+, ogni nucleo che decade emette un positrone e un neutrino, riducendo il suo numero atomico di uno mentre il numero di massa rimane lo stesso.
Un positrone non esiste per un lungo periodo di tempo in presenza di materia. Si combina poi con un elettrone, con il quale subisce l’annichilazione. Le masse di entrambe le particelle sono poi sostituite dall’energia elettromagnetica che viene emessa dall’annichilazione sotto forma di due raggi gamma da 511 keV che vengono emessi in direzioni quasi opposte.
Non ci sono emettitori di positroni in natura. Sono prodotti in reazioni nucleari. I più importanti emettitori di positroni in medicina sono 11C, 15O, 18F, 30P ecc.
Cattura di elettroni
La cattura di elettroni è concomitante al decadimento beta plus (cioè in nuclei con troppo pochi neutroni). Invece di convertire un protone in un neutrone con l’emissione di una particella beta insieme ad un neutrino, il protone cattura un elettrone dal guscio K: p + e –> n + ν.
L’energia delle particelle beta emesse è di circa 3 MeV, mentre la loro velocità corrisponde approssimativamente alla velocità della luce.
Le particelle beta possono penetrare la materia. Perdono energia nelle collisioni con gli atomi. Ci sono in realtà due processi coinvolti:
- una particella beta trasferisce una piccola frazione della sua energia all’atomo colpito
- una particella beta viene deviata dal suo percorso originale da ogni collisione e, poiché il cambiamento di velocità porta all’emissione di radiazione elettromagnetica, parte dell’energia viene persa sotto forma di raggi x a bassa energia (Bremsstrahlung).
Storia ed etimologia
Enrico Fermi teorizzò per la prima volta il decadimento beta nel 1933. In quell’anno, infatti, scrisse la sua famosa opera: “Tentativo di una teoria dell’emissione dei raggi beta”; in essa trasformò l’ipotesi qualitativa di Pauli in una teoria quantitativa.
Vedi anche
- il decadimento beta