Cząstki beta występują z ładunkiem ujemnym lub dodatnim (β- lub β+) i znane są jako elektrony lub pozytony, odpowiednio, dlatego rozpad beta oznacza rozpad promieniotwórczy, w którym emitowana jest cząstka beta. Energia kinetyczna cząstek beta ma widmo ciągłe.
Rozpad beta minus
Jeżeli liczba neutronów w jądrze jest nadmiarowa, to neutron ulegnie następującej przemianie: n –> p + β- + νe*, tzn, neutron zostanie zamieniony w proton z emisją cząstki beta-minus (elektronu) i antyneutrina. Antyneutrino nie ma masy spoczynkowej ani ładunku elektrycznego i nie oddziałuje łatwo z materią.
W przypadku izotopów ulegających rozpadowi β- każde jądro emituje elektron i antyneutrino. Liczba masowa pozostaje taka sama, ale liczba atomowa wzrasta o jeden.
W przyrodzie występują liczne przykłady emiterów beta minus, jak 14C, 40K, 3H, 60Co itd. Przykładem mającym znaczenie w radiologii jest rozpad kobaltu-60: 60Co –> 60Ni + β- + ν*.
Rozpad beta plus
Jeżeli liczba neutronów w jądrze jest mniejsza od liczby protonów w jądrze niestabilnym, proton ulegnie następującej przemianie: p –> n + β+ + νe, tzn.tzn. proton zostanie zamieniony w neutron z emisją pozytonu (β+ lub cząstki beta plus) i neutrina. Podobnie jak antyneutrino, neutrino nie ma ładunku elektrycznego ani masy spoczynkowej.
W przypadku rozpadu β+ każde rozpadające się jądro emituje pozyton i neutrino, zmniejszając swoją liczbę atomową o jeden, podczas gdy liczba masowa pozostaje bez zmian.
Pozyton nie istnieje przez dłuższy czas w obecności materii. Następnie łączy się z elektronem, z którym ulega anihilacji. Masy obu cząstek zostają wówczas zastąpione energią elektromagnetyczną, która jest emitowana z anihilacji w postaci dwóch promieni gamma o energii 511 keV, które są emitowane w niemal przeciwnych kierunkach.
W przyrodzie nie ma emiterów pozytonów. Są one wytwarzane w reakcjach jądrowych. Najważniejsze emitery pozytonów w medycynie to 11C, 15O, 18F, 30P itd.
Wyłapywanie elektronów
Wyłapywanie elektronów jest równoczesne z rozpadem beta plus (tzn. w jądrach o zbyt małej liczbie neutronów). Zamiast zamiany protonu w neutron z emisją cząstki beta wraz z neutrinem, proton wychwytuje elektron z powłoki K: p + e –> n + ν.
Energia emitowanych cząstek beta wynosi około 3 MeV, a ich prędkość w przybliżeniu odpowiada prędkości światła.
Cząstki beta mogą przenikać przez materię. Tracą one energię w zderzeniach z atomami. W rzeczywistości zachodzą tu dwa procesy:
- cząstka beta przekazuje niewielki ułamek swojej energii uderzonemu atomowi
- przez każde zderzenie cząstka beta jest odchylana od swojego pierwotnego toru, a ponieważ zmiana prędkości prowadzi do emisji promieniowania elektromagnetycznego, część energii jest tracona w postaci niskoenergetycznego promieniowania rentgenowskiego (Bremsstrahlung).
Historia i etymologia
Enrico Fermi po raz pierwszy wysunął teorię rozpadu beta w 1933 roku. W tym samym roku zresztą napisał swoją słynną pracę: „Tentativo di una teoria dell’emissione dei raggi beta”; przekształcił w niej jakościową hipotezę Pauliego w teorię ilościową.
Zobacz także
- rozpad alfa
.