Бета -частица
 | Эта статья требует дополнительных цитат для проверки . ( сентябрь 2024 г. ) |
Бета -частица , также называемая бета-лучей или бета-излучение (символ β ), представляет собой высокоэнергетическую, высокоскоростную электрон или позитрон, излучаемый радиоактивным распадом атомного ядра , известного как бета-распад . Есть две формы бета -распада, β − разложение и β + разложение, которые производят электроны и позитроны, соответственно. [ 2 ]
Бета -частицы с энергией 0,5 МэВ имеют диапазон около одного метра в воздухе; Расстояние зависит от энергии частицы и плотности воздуха и состава.
Бета -частицы являются типом ионизирующего излучения , и для целей защиты радиации они считаются более ионизирующими, чем гамма -лучи , но менее ионизирующие, чем альфа -частицы . Чем выше ионизирующий эффект, тем больше повреждение живой ткани, но также тем ниже проникающая сила излучения через вещество.
Бета -режимы распада
[ редактировать ]беременный − распад (электронная эмиссия)
[ редактировать ]
Нестабильное атомное ядро с избытком нейтронов может подвергаться β − превращается в протон , электрон и электронный антинетерино ( античастица нейтрино Разложение, где нейтрон ):
не
→
п
+
и −
+
не
и
Этот процесс опосредуется слабым взаимодействием . Нейтрон превращается в протон через излучение виртуального w − бозон . На уровне кварка , w − Эмиссия превращает вниз кваку в поднятый кварк, превращая нейтрон (один вверх кварка и два вниз кварка) в протон (два кварка и один вниз по кварку). Виртуальный w − Затем бозон разлагается в электрон и антинейтрино.
β-распад обычно встречается среди побочных продуктов, богатых делением, продуцируемыми в ядерных реакторах . Бесплатные нейтроны также распадаются через этот процесс. Оба этих процесса способствуют обильному количеству бета-лучей и электронных антиинтрино, продуцируемых топливными стержнями-реакторами.
беременный + распад (позитроновая эмиссия)
[ редактировать ]Нестабильные атомные ядра с избытком протонов могут подвергаться β + распад, также называемый позитроновым распадом, где протон превращается в нейтрон, позитрон и электронный нейтрино :
п
→
не
+
и +
+
не
и
Бета-плюс распад может произойти только внутри ядер только тогда, когда абсолютное значение связывающей энергии дочернего ядра больше, чем у родительского ядра, то есть ядро дочери является более низким энергией.
Схемы бета -распада
[ редактировать ]
На сопроводительной диаграмме схемы распада показана бета-распад Цазия-137 . 137 CS отмечен характерным гамма -пиком при 661 кэВ, но на самом деле это испускается дочерью радионуклидом 137 м Бакалавра Диаграмма показывает тип и энергию испускаемого излучения, его относительного изобилия и дочери после распада.
Phosphorus-32 -бета-эмиттер, широко используемый в медицине. Он имеет короткий период полураспада 14,29 дня [ 3 ] и распадается в серу-32 путем бета-распада, как показано в этом ядерном уравнении:
1,709 МэВ энергии выпускается во время распада. [ 3 ] Кинетическая энергия электрона варьируется в среднем приблизительно 0,5 МэВ, а остальная часть энергии переносится почти не обнаруживаемым электронным антинейтрино . По сравнению с другими нуклидами бета-излучения, электрон умеренно энергичен. Он заблокирован около 1 м воздуха или 5 мм акрилового стекла .
Взаимодействие с другим вопросом
[ редактировать ]
Из трех общих типов излучения, выделяемых радиоактивными материалами, альфа , бета и гамма , бета обладает средней проникающей силой и средней ионизирующей мощностью. Хотя бета -частицы, выделяемые различными радиоактивными материалами, различаются по энергии, большинство бета -частиц могут быть остановлены несколькими миллиметрами алюминия . Тем не менее, это не означает, что бета-излучающие изотопы могут быть полностью защищены такими тонкими щитами: поскольку они замедляются в веществе, бета-электроны излучают вторичные гамма-лучи, которые более проникают, чем бета-версии. Экранирование, состоящее из материалов с более низким атомным весом, генерирует гаммы с более низкой энергией, что делает такие щиты несколько более эффективными на единицу массы, чем из более крупных атомов, таких как свинец.
Составляя из заряженных частиц, бета -излучение более сильно ионизирует, чем гамма -излучение. При прохождении через вещество бета-частица замедляется электромагнитными взаимодействиями и может выделять Bremsstrahlung рентгеновские снимки .
В воде бета -излучение из многих продуктов ядерного деления обычно превышает скорость света в этом материале (что примерно на 75% от света в вакууме), [ 4 ] и, таким образом, генерирует синее излучение Черенкова , когда оно проходит через воду. Таким образом, интенсивное бета -излучение от топливных стержней реакторов бассейна можно визуализировать через прозрачную воду, которая покрывает и защищает реактор (см. Иллюстрацию справа).
Обнаружение и измерение
[ редактировать ]
Ионизирующее или возбуждение эффекты бета -частиц на материю являются фундаментальными процессами, с помощью которых радиометрические инструменты обнаружения обнаруживают и измеряют бета -излучение. Ионизация газа используется в ионных камерах и прилавках Гейгера -Мюллера , а возбуждение сцинтилляторов используется в сцинтилляционных прилавках . В следующей таблице показаны величины радиации в единицах Si и не SI:
| Количество | Единица | Символ | Вывод | Год | Если эквивалентно |
|---|---|---|---|---|---|
| Деятельность ( а ) | Беккерел | Бк | с −1 | 1974 | Единица |
| кюри | Там | 3.7 × 10 10 с −1 | 1953 | 3.7 × 10 10 Бк | |
| Резерфорд | Rd. | 10 6 с −1 | 1946 | 1 000 000 BQ | |
| Экспозиция ( x ) | Кулонов за килограмм | C/кг | C⋅kg −1 воздуха | 1974 | Единица |
| X -ray | Ведущий | ESU / 0,001 293 г воздуха | 1928 | 2.58 × 10 −4 C/кг | |
| Поглощенная доза ( D ) | серый | Гриль | J ⋅kg −1 | 1974 | Единица |
| очень за грамм | ERG/G. | erg⋅g −1 | 1950 | 1.0 × 10 −4 Гриль | |
| рад | рад | 100 erg⋅g −1 | 1953 | 0,010 Гр | |
| Эквивалентная доза ( H ) | Зиверт | Св | J⋅kg −1 × w r | 1977 | Единица |
| Рентгеновский эквивалент | Рем | 100 erg⋅g −1 × w r | 1971 | 0,010 св | |
| Эффективная доза ( E ) | Зиверт | Св | J⋅kg −1 × w r × w t | 1977 | Единица |
| Рентгеновский эквивалент | Рем | 100 erg⋅g −1 × w r × w t | 1971 | 0,010 св |
- Серый . (GY) представляет собой единицу Si поглощенной дозы , которая представляет собой количество энергии излучения, нанесенной в облученном материале Для бета -излучения это численно равен эквивалентной дозе, измеренной Sievert , которая указывает на стохастическое биологическое влияние низкого уровня излучения на ткани человека. Коэффициент преобразования взвешивания радиации от поглощенной дозы в эквивалентную дозу составляет 1 для бета, тогда как альфа -частицы имеют коэффициент 20, отражая их большее ионизирующее действие на ткани.
- RAD единицей CGS является устаревшей REM для поглощенной дозы, а является устаревшей единицей CGS эквивалентной дозы, используемой в основном в США.
Бета -спектроскопия
[ редактировать ]Энергия, содержащаяся в отдельных бета -частицах, измеряется с помощью бета -спектрометрии ; Исследование полученного распределения энергий в качестве спектра является бета -спектроскопией . Определение этой энергии выполняется путем измерения количества прогиба пути электрона под магнитным полем. [ 5 ]
Приложения
[ редактировать ]Бета -частицы могут быть использованы для лечения состояний здоровья, таких как рак глаз и костей , а также используются в качестве трассеров. Strontium-90 является материалом, наиболее часто используемым для производства бета-частиц.
Бета -частицы также используются в контроле качества для проверки толщины предмета, такой как бумага , проходящая через систему роликов. Часть бета -радиации поглощается при прохождении через продукт. Если продукт сделан слишком толстым или тонким, будет поглощено соответствующим образом различное количество излучения. Компьютерная программа, контролирующая качество изготовленной бумаги, затем переместит ролики, чтобы изменить толщину конечного продукта.
Устройство освещения, называемое Betalight, содержит тритиум и фосфор . По мере того, как тритиум разлагается , он излучает бета -частицы; Они ударяют по фосфору, заставляя фосфор испускать фотоны , очень похожие на катодную трубку на телевидении. Освещение не требует внешней силы и будет продолжаться до тех пор, пока существует триция (а фоссы сами не меняются химически); Количество произведенного света упадет до половины его первоначального значения за 12,32 года, полураспада тритина .
Бета-плюс (или позитроновый ) распад трассера радиоактивного изотопа является источником позитронов, используемых в позитронной эмиссионной томографии (ПЭТ-сканирование).
История
[ редактировать ]Анри Беккерел , экспериментируя с флуоресценцией , случайно обнаружил, что уран открыл фотографическую пластину, обернутую черной бумагой, с некоторым неизвестным излучением , которое нельзя было отключить, как рентген .
Эрнест Резерфорд продолжил эти эксперименты и обнаружил два разных вида излучения:
- Альфа -частицы , которые не отображались на тарелках Becquerel, потому что они были легко поглощены черной оберточной бумагой
- Бета -частицы, которые в 100 раз больше проникают, чем альфа -частицы.
Он опубликовал свои результаты в 1899 году. [ 6 ]
В 1900 году Беккерл измерил соотношение массы к заряду ( M / E ) для бета-частиц с помощью метода JJ Thomson, используемого для изучения катодных лучей и идентификации электрона. Он обнаружил, что E / M для бета -частицы такой же, как и для электрона Томсона, и поэтому предположил, что бета -частица на самом деле является электроном.
Здоровье
[ редактировать ]Бета -частицы умеренно проникают в живой ткани и могут вызвать спонтанную мутацию в ДНК .
Бета -источники могут использоваться в лучевой терапии для убийства раковых клеток.
Смотрите также
[ редактировать ]Ссылки
[ редактировать ]- ^ «Основы радиации» . Соединенные Штаты ядерный регулятор ком. 2017-10-02.
- ^ Национальная лаборатория Лоуренса Беркли (9 августа 2000 г.). «Бета -распад» . Диаграмма ядерной стены . Министерство энергетики США . Архивировано с оригинала 3 марта 2016 года . Получено 17 января 2016 года .
- ^ Jump up to: а беременный «Фосфор-32» (PDF) . ядро . Laboratoire Nationale Анри Бекель. Архивировано (PDF) из оригинала на 2022-10-09 . Получено 28 июня 2022 года .
- ^ Макроскопическая скорость света в воде составляет 75% скорости света в вакууме (называется C ). Бета -частица движется быстрее, чем 0,75 ° С, но не быстрее, чем в.
- ^ Бёглин, Вернер. «4. Бета -спектроскопия - документация современных лабораторных экспериментов» . Wanda.fiu.edu .
- ^ Э. Рутерфорд (8 мая 2009 г.) [Документ, опубликованный Резерфордом в 1899 году]. «Урановое излучение и электрическая проводимость его» . Философский журнал . 47 (284): 109–163. doi : 10.1080/14786449908621245 .
Дальнейшее чтение
[ редактировать ]- Радиоактивность и альфа, бета, гамма и рентген
- Лук и частицы Университета Вирджинии лекция
- История радиационного архивирования 2017-05-06 в машине Wayback в Университете штата Айдахо
- информация о базовой ядерной науке Архивная 2006-12-05 на машине Wayback в Национальной лаборатории Лоуренса Беркли
