Betapartiklar uppträder med antingen negativ eller positiv laddning (β- eller β+) och är kända för att vara antingen elektroner eller positroner, därför representerar betasönderfall radioaktivt sönderfall, där en betapartikel avges. Betapartiklarnas kinetiska energi har ett kontinuerligt spektrum.
Beta minus sönderfall
Om antalet neutroner i en atomkärna är i överskott kommer en neutron att genomgå följande omvandling: n –> p + β- + νe*, dvs, en neutron kommer att omvandlas till en proton med utsläpp av en beta-minuspartikel (elektron) och en antineutrino. Antineutrinen har varken vilomassa eller elektrisk laddning och interagerar inte lätt med materia.
För de isotoper som genomgår β- – sönderfall avger varje kärna en elektron och en antineutrino. Massatalet förblir detsamma men atomnumret ökar med ett.
Det finns många exempel på beta-minus-emittenter i naturen som 14C, 40K, 3H, 60Co osv. Det exempel som är av betydelse inom radiologin är sönderfallet av kobolt-60: 60Co –> 60Ni + β- + ν*.
Beta plus sönderfall
Om antalet neutroner i en atomkärna är mindre än antalet protoner i en instabil atomkärna kommer en proton att genomgå följande omvandling: p –> n + β+ + νe, dvs.dvs. en proton omvandlas till en neutron med utsläpp av en positron (β+ eller betapluspartikel) och en neutrino. I likhet med en antineutrino har en neutrino varken elektrisk laddning eller vilomassa.
Vid β+-sönderfallet avger varje sönderfallande atomkärna en positron och en neutrino, vilket minskar dess atomnummer med ett medan masstalet förblir detsamma.
En positron existerar inte under en längre tid i närvaro av materia. Den kombineras då med en elektron, med vilken den genomgår annihilation. De båda partiklarnas massa ersätts då av elektromagnetisk energi som avges från förintelsen i form av två 511-keV gammastrålar som sänds ut i nästan motsatta riktningar.
Det finns inga positronavsändare i naturen. De produceras i kärnreaktioner. De viktigaste positronavsändarna inom medicinen är 11C, 15O, 18F, 30P etc.
Elektroninfångning
Elektroninfångning sker samtidigt med beta plus sönderfall (dvs. i kärnor med för få neutroner). Istället för att omvandla en proton till en neutron med en betapartikel som sänds ut tillsammans med en neutrino, fångar protonen en elektron från K-skalet: p + e –> n + ν.
Energin hos de emitterade betapartiklarna är cirka 3 MeV, medan deras hastighet ungefär motsvarar ljusets hastighet.
Betapartiklar kan penetrera materia. De förlorar energi i kollisioner med atomerna. Det är egentligen två processer som är inblandade:
- En betapartikel överför en liten del av sin energi till den träffade atomen
- En betapartikel avleds från sin ursprungliga bana vid varje kollision, och eftersom hastighetsförändringen leder till att elektromagnetisk strålning sänds ut, går en del av energin förlorad i form av röntgenstrålning med låg energi (Bremsstrahlung).
Historia och etymologi
Enrico Fermi teoretiserade först om betasönderfall 1933. Det året skrev han faktiskt sitt berömda verk: ”Där omvandlade han Paulis kvalitativa hypotes till en kvantitativ teori.
Se även
- Alphaförfall
.