Bètadeeltjes komen voor met een negatieve of positieve lading (β- of β+) en staan bekend als respectievelijk elektronen of positronen, daarom staat bètaverval voor radioactief verval, waarbij een bètadeeltje wordt uitgezonden. De kinetische energie van bètadeeltjes heeft een continu spectrum.
Bètaverval
Als het aantal neutronen in een kern te groot is, zal een neutron de volgende transformatie ondergaan: n –> p + β- + νe*, d.w.z., een neutron wordt omgezet in een proton met de emissie van een beta-minus deeltje (elektron) en een antineutrino. Het antineutrino heeft geen rustmassa noch elektrische lading en heeft geen gemakkelijke wisselwerking met materie.
Voor de isotopen die β- verval ondergaan, zendt elke kern een elektron en een antineutrino uit. Het massagetal blijft gelijk, maar het atoomnummer neemt met één toe.
Er zijn talrijke voorbeelden van bèta-min-stralers in de natuur, zoals 14C, 40K, 3H, 60Co enz. Het voorbeeld dat in de radiologie van belang is, is het verval van kobalt-60: 60Co –> 60Ni + β- + ν*.
Beta plus verval
Als het aantal neutronen in een kern kleiner is dan het aantal protonen in een onstabiele kern, zal een proton de volgende transformatie ondergaan: p –> n + β+ + νe, d.w.z.d.w.z. een proton wordt omgezet in een neutron met de emissie van een positron (β+ of bèta-plus deeltje) en een neutrino. Net als een antineutrino heeft een neutrino geen elektrische lading noch rustmassa.
In het geval van het β+-verval zendt elke vergane kern een positron en een neutrino uit, waardoor zijn atoomnummer met één vermindert terwijl het massagetal gelijk blijft.
Een positron bestaat niet lang in de aanwezigheid van materie. Het verbindt zich dan met een elektron, waarmee het een annihilatie ondergaat. De massa van beide deeltjes wordt dan vervangen door elektromagnetische energie die bij de annihilatie vrijkomt in de vorm van twee 511-keV gammastralen die in bijna tegengestelde richting worden uitgezonden.
Er zijn geen positronstralers in de natuur. Zij worden geproduceerd in kernreacties. De belangrijkste positronstralers in de geneeskunde zijn 11C, 15O, 18F, 30P enz.
Elektronenvangst
Elektronenvangst gaat samen met bèta-plus-verval (d.w.z. in kernen met te weinig neutronen). In plaats van de omzetting van een proton in een neutron waarbij een betadeeltje wordt uitgezonden samen met een neutrino, vangt het proton een elektron uit de K-schil: p + e –> n + ν.
De energie van de uitgezonden betadeeltjes is ongeveer 3 MeV, terwijl hun snelheid ongeveer overeenkomt met de lichtsnelheid.
Bèta-deeltjes kunnen materie binnendringen. Zij verliezen energie bij botsingen met de atomen. Er zijn eigenlijk twee processen bij betrokken:
- een bètadeeltje draagt een klein deel van zijn energie over aan het getroffen atoom
- een bètadeeltje wordt door elke botsing van zijn oorspronkelijke pad afgebogen en aangezien de verandering van de snelheid tot de emissie van elektromagnetische straling leidt, gaat een deel van de energie verloren in de vorm van laag-energetische röntgenstraling (Bremsstrahlung).
Geschiedenis en etymologie
Enrico Fermi beschreef het bètaverval voor het eerst in 1933. In dat jaar, in feite, schreef hij zijn beroemde werk: “Tentativo di una teoria dell’emissione dei raggi beta”; daarin zette hij de kwalitatieve hypothese van Pauli om in een kwantitatieve theorie.
Zie ook
- alphaverval