Beta parçacığı - Beta particle

Alfa radyasyonu helyum çekirdeklerinden oluşur ve bir kağıt yaprağı tarafından kolayca durdurulur. Elektronlardan veya pozitronlardan oluşan beta radyasyonu , ince bir alüminyum levha tarafından durdurulur, ancak gama radyasyonu kurşun veya beton gibi yoğun malzemelerle koruma gerektirir.

Bir beta parçacığı olarak da adlandırılan, beta ışını veya beta radyasyonu (sembol β ), bir yüksek enerjili, yüksek-hızlı elektron veya pozitron yaydığı radyoaktif bozunma , bir ait atom çekirdeğinin sürecinde Beta çürümesi . Sırasıyla elektronları ve pozitronları üreten beta bozunmasının β - bozunması ve β + bozunması olmak üzere iki biçimi vardır .

0.5 MeV enerjili beta parçacıkları havada yaklaşık bir metre menzile sahiptir; mesafe parçacık enerjisine bağlıdır.

Beta parçacıkları bir tür iyonlaştırıcı radyasyondur ve radyasyondan korunma amacıyla gama ışınlarından daha fazla iyonlaştırıcı , ancak alfa parçacıklarından daha az iyonlaştırıcı olarak kabul edilir . İyonlaştırıcı etki ne kadar yüksek olursa, canlı dokuya verilen hasar o kadar büyük olur, aynı zamanda radyasyonun nüfuz etme gücü de o kadar düşük olur.

Beta bozunma modları

β - bozunma (elektron emisyonu)

Beta bozunması. Bir beta parçacığının (bu durumda bir negatif elektron) bir çekirdek tarafından yayıldığı gösterilmiştir . Bir antinötrino (gösterilmemiştir) her zaman bir elektronla birlikte yayınlanır. Ekleme: Serbest bir nötronun bozunmasında bir proton, bir elektron (negatif beta ışını) ve bir elektron antinötrino üretilir.

Fazlalığıyla bir kararsız atom çekirdeği nötron β maruz kalabilir - çürüme, bir nötron bir dönüştürülür proton , bir elektron ve bir elektron antineutrino ( antiparçacık ait nötrinonun ):


n

P
+
e-
+
ν
e

Bu sürece zayıf etkileşim aracılık eder . Nötron sanal bir W - bozonunun emisyonu yoluyla bir protona dönüşür . En kuark düzeyi, W - emisyonu bir proton bir nötron (aşağı kuark kuark kadar bir ve iki) (kuark kadar iki ve bir aşağı kuark) çevirerek, bir yukarı kuark bir aşağı kuark döner. Sanal W - bozonu daha sonra bir elektron ve bir antinötrinoya bozunur.

β− bozunması genellikle nükleer reaktörlerde üretilen nötronca zengin fisyon yan ürünleri arasında meydana gelir . Serbest nötronlar da bu süreçle bozunur. Bu süreçlerin her ikisi de fisyon reaktörü yakıt çubukları tarafından üretilen bol miktarda beta ışınlarına ve elektron antinötrinolarına katkıda bulunur.

β + bozunma (pozitron emisyonu)

Proton fazlası olan kararsız atom çekirdekleri , bir protonun bir nötrona, bir pozitron ve bir elektron nötrinoya dönüştürüldüğü pozitron bozunması olarak da adlandırılan β + bozunmasına maruz kalabilir :


P

n
+
e+
+
ν
e

Beta-artı bozunma, yalnızca yavru çekirdeğin bağlanma enerjisinin mutlak değeri ana çekirdeğinkinden daha büyük olduğunda, yani yavru çekirdek daha düşük enerjili bir durumda olduğunda çekirdeklerin içinde gerçekleşebilir.

Beta bozunma şemaları

Sezyum-137 bozunma şeması, başlangıçta beta bozunmasına uğradığını gösteriyor. 137 Cs ile ilişkili 661 keV gama tepesi aslında yavru radyonüklid tarafından yayılır.

Ekteki bozunma şeması diyagramı sezyum-137'nin beta bozunmasını göstermektedir . 137 Cs, 661 KeV'de karakteristik bir gama zirvesi için not edilir, ancak bu aslında kız radyonüklid 137m Ba tarafından yayılır . Diyagram, yayılan radyasyonun türünü ve enerjisini, göreli bolluğunu ve bozunmadan sonraki yavru nüklidleri gösterir.

Fosfor-32 , tıpta yaygın olarak kullanılan bir beta yayıcıdır ve 14.29 günlük kısa bir yarı ömre sahiptir ve bu nükleer denklemde gösterildiği gibi beta bozunması ile kükürt-32'ye bozunur :

32
15
P
32
16
S1+
+
e-
+
ν
e

Bozunma sırasında 1.709  MeV enerji açığa çıkar. Kinetik enerji elektron , yaklaşık 0.5 MeV ortalama ve enerji geri kalan hemen hemen bulgulanamaz tarafından gerçekleştirilir değişir elektron antineutrino . Diğer beta radyasyonu yayan nüklidlerle karşılaştırıldığında, elektron orta derecede enerjilidir. Yaklaşık 1 m hava veya 5 mm akrilik cam ile engellenir .

Diğer maddelerle etkileşim

Bir TRIGA reaktör havuzundan yayılan mavi Cherenkov radyasyon ışığı , suda ışık hızından ( faz hızı ) daha hızlı hareket eden yüksek hızlı beta parçacıkları nedeniyledir (bu, vakumdaki ışık hızının %75'idir).

Radyoaktif maddeler tarafından yayılan üç yaygın radyasyon türünden, alfa , beta ve gama , beta orta nüfuz gücüne ve orta iyonlaştırma gücüne sahiptir. Farklı radyoaktif maddeler tarafından yayılan beta parçacıklarının enerjisi farklılık gösterse de, çoğu beta parçacığı birkaç milimetre alüminyum tarafından durdurulabilir . Ancak bu, beta yayan izotopların bu tür ince kalkanlarla tamamen korunabileceği anlamına gelmez: madde içinde yavaşlarken, beta elektronları, kendi başına betalardan daha fazla nüfuz eden ikincil gama ışınları yayar. Daha düşük atom ağırlığına sahip malzemelerden oluşan ekranlama, daha düşük enerjili gamalar üretir ve bu tür kalkanları, kurşun gibi yüksek Z'li malzemelerden yapılanlara göre birim kütle başına biraz daha etkili hale getirir.

Yüklü parçacıklardan oluşan beta radyasyonu, gama radyasyonundan daha güçlü iyonlaştırıcıdır. Bir beta parçacığı maddeden geçerken elektromanyetik etkileşimler tarafından yavaşlatılır ve bremsstrahlung x-ışınları yayabilir .

Suda, birçok nükleer fisyon ürününden kaynaklanan beta radyasyonu, tipik olarak bu malzemedeki ışık hızını (vakumdaki ışığın %75'i kadar) aşar ve bu nedenle sudan geçerken mavi Cherenkov radyasyonu üretir . Yüzme havuzu reaktörlerinin yakıt çubuklarından gelen yoğun beta radyasyonu , reaktörü kaplayan ve koruyan şeffaf su aracılığıyla görselleştirilebilir (sağdaki resme bakın).

Algılama ve ölçüm

Bir izopropanol bulut odasında tespit edilen beta radyasyonu (yapay bir stronsiyum-90 kaynağının yerleştirilmesinden sonra)

Beta parçacıklarının madde üzerindeki iyonlaştırıcı veya uyarma etkileri, radyometrik algılama cihazlarının beta radyasyonunu tespit ettiği ve ölçtüğü temel süreçlerdir. Gazın iyonizasyonu iyon odalarında ve Geiger-Müller sayaçlarında , sintilatörlerin uyarılması ise sintilasyon sayaçlarında kullanılır . Aşağıdaki tablo, SI ve SI olmayan birimlerde radyasyon miktarlarını gösterir:

İyonlaştırıcı radyasyonla ilgili miktarlar görüntüle   konuş   düzenle
Miktar Birim Sembol türetme Yıl SI denkliği
Etkinlik ( A ) kekik bq s -1 1974 SI birimi
curie Ci 3,7 × 10 10 sn -1 1953 3,7 × 10 10  Bq
rutherford Yol 10 6 sn -1 1946 1.000.000 Bq
Pozlama ( X ) kilogram başına Coulomb C/kg C⋅kg −1 hava 1974 SI birimi
röntgen r esu / 0.001293 g hava 1928 2,58 × 10 −4 C/kg
Absorbe edilen doz ( D ) gri gy J ⋅kg -1 1974 SI birimi
gram başına erg erg/g erg⋅g -1 1950 1.0 × 10 −4 Gy
rad rad 100 erg⋅g -1 1953 0.010 Gy
Eşdeğer doz ( H ) elek Sv J⋅kg −1 × W R 1977 SI birimi
röntgen eşdeğeri adam geri 100 erg⋅g -1 x W R 1971 0.010 Sv
Etkili doz ( E ) elek Sv J⋅kg −1 × G R × G T 1977 SI birimi
röntgen eşdeğeri adam geri 100 erg⋅g −1 × W R × W T 1971 0.010 Sv
  • Gri (Gy), SI birimi absorbe doz radyasyonlu materyal için çökelmiş radyasyon enerji miktarıdır. Beta radyasyonu için bu, sievert tarafından ölçülen eşdeğer doza sayısal olarak eşittir; bu , düşük radyasyon seviyelerinin insan dokusu üzerindeki stokastik biyolojik etkisini gösterir. Soğurulan dozdan eşdeğer doza radyasyon ağırlıklı dönüşüm faktörü beta için 1'dir, oysa alfa parçacıklarının doku üzerindeki daha büyük iyonlaştırıcı etkisini yansıtan 20 faktörü vardır.
  • Rad kaldırıldı olan CGS absorbe doz ünitesi ve rem kaldırılmış olan CGS ABD'de çoğunlukla kullanılan eşdeğer doz birimi.

Uygulamalar

Beta parçacıkları, göz ve kemik kanseri gibi sağlık durumlarını tedavi etmek için kullanılabilir ve ayrıca izleyici olarak da kullanılır. Stronsiyum-90 , beta parçacıkları üretmek için en yaygın olarak kullanılan malzemedir.

Beta parçacıkları ayrıca, bir silindir sisteminden gelen kağıt gibi bir öğenin kalınlığını test etmek için kalite kontrolünde kullanılır . Beta radyasyonunun bir kısmı üründen geçerken emilir. Ürün çok kalın veya ince yapılırsa, buna bağlı olarak farklı miktarda radyasyon emilecektir. Üretilen kağıdın kalitesini izleyen bir bilgisayar programı, nihai ürünün kalınlığını değiştirmek için silindirleri hareket ettirecektir.

Betalight adı verilen bir aydınlatma cihazı , trityum ve bir fosfor içerir . Trityum bozundukça beta parçacıkları yayar; bunlar fosfora çarparak, bir televizyondaki katot ışın tüpüne çok benzer şekilde, fosforun foton salmasına neden olur . Aydınlatma, harici bir güç gerektirmez ve trityum var olduğu sürece devam edecektir (ve fosforların kendileri kimyasal olarak değişmez); ışık miktarı üretilen , 12.32 yıl içinde yarım orijinal değerine düşecek yarılanma ömrü trityum.

Bir radyoaktif izleyici izotopunun beta-artı (veya pozitron ) bozunması, pozitron emisyon tomografisinde (PET taraması) kullanılan pozitronların kaynağıdır .

Tarih

Henri Becquerel , floresans deneyleri yaparken , yanlışlıkla uranyumun siyah kağıtla sarılmış bir fotoğraf plakasına, X-ışınları gibi kapatılamayan bazı bilinmeyen radyasyonlara maruz kaldığını keşfetti .

Ernest Rutherford bu deneylere devam etti ve iki farklı radyasyon türü keşfetti:

  • siyah ambalaj kağıdı tarafından kolayca emildiği için Becquerel plakalarında görünmeyen alfa parçacıkları
  • alfa parçacıklarından 100 kat daha fazla nüfuz eden beta parçacıkları.

Sonuçlarını 1899'da yayınladı.

1900'de Becquerel, katot ışınlarını incelemek ve elektronu tanımlamak için kullanılan JJ Thomson yöntemiyle beta parçacıkları için kütle-yük oranını ( m / e ) ölçtü . O bulunan E / m bir beta parçacık için Thomson'ın elektron için aynıdır ve bu nedenle beta parçacığı aslında bir elektron önerdi.

Sağlık

Beta parçacıklar orta düzeyde canlı dokuda nüfuz ederler ve kendiliğinden neden olabilir mutasyon olarak DNA .

Beta kaynakları, kanser hücrelerini öldürmek için radyasyon tedavisinde kullanılabilir .

Ayrıca bakınız

Referanslar

daha fazla okuma