Partícula beta - Beta particle

A radiação alfa consiste em núcleos de hélio e é imediatamente interrompida por uma folha de papel. A radiação beta , que consiste em elétrons ou pósitrons , é interrompida por uma fina placa de alumínio, mas a radiação gama requer proteção por material denso como chumbo ou concreto.

Uma partícula beta , também chamada de raio beta ou radiação beta (símbolo β ), é um elétron ou pósitron de alta energia e alta velocidade emitido pelo decaimento radioativo de um núcleo atômico durante o processo de decaimento beta . Existem duas formas de decaimento beta, decaimento β - e decaimento β + , que produzem elétrons e pósitrons, respectivamente.

Partículas beta com energia de 0,5 MeV têm um alcance de cerca de um metro no ar; a distância depende da energia da partícula.

As partículas beta são um tipo de radiação ionizante e, para fins de proteção contra radiação , são consideradas mais ionizantes do que os raios gama , mas menos ionizantes do que as partículas alfa . Quanto maior for o efeito ionizante, maior será o dano ao tecido vivo, mas também menor será o poder de penetração da radiação.

Modos de decaimento beta

β - decaimento (emissão de elétrons)

Decadência beta. Uma partícula beta (neste caso, um elétron negativo) é mostrada sendo emitida por um núcleo . Um antineutrino (não mostrado) é sempre emitido junto com um elétron. Inserção: no decaimento de um nêutron livre, um próton, um elétron (raio beta negativo) e um antineutrino de elétron são produzidos.

Um núcleo instável atómica com um excesso de neutrões podem ser submetidos a β - decaimento, onde um neutrão é convertido em um protão , um electrão, e um electrão antineutrino (a antipartícula do neutrino ):


n

p
+
e-
+
ν
e

Este processo é mediado pela interação fraca . O nêutron se transforma em um próton através da emissão de um virtual W - Higgs . No quark nível, W - emissão transforma um quark para baixo em uma quark-se, transformando um neutrão (um quark up e dois quark down) num protão (dois para cima e um para baixo quark quark). O W virtuais - Higgs, em seguida, decai para um electrão e um antineutrino.

O decaimento β ocorre comumente entre os subprodutos da fissão ricos em nêutrons produzidos em reatores nucleares . Os nêutrons livres também decaem por meio desse processo. Ambos os processos contribuem para as grandes quantidades de raios beta e antineutrinos de elétrons produzidos pelas barras de combustível do reator de fissão.

decaimento β + (emissão de pósitrons)

Núcleos atômicos instáveis ​​com excesso de prótons podem sofrer decaimento β + , também chamado de decaimento de pósitrons, onde um próton é convertido em um nêutron, um pósitron e um neutrino de elétron :


p

n
+
e+
+
ν
e

O decaimento beta-plus só pode ocorrer dentro dos núcleos quando o valor absoluto da energia de ligação do núcleo filho é maior do que o do núcleo pai, ou seja, o núcleo filho está em um estado de baixa energia.

Esquemas de decaimento beta

Esquema de decaimento do césio-137, mostrando que inicialmente sofre decaimento beta. O pico gama de 661 keV associado a 137 Cs é, na verdade, emitido pelo radionuclídeo filho.

O diagrama do esquema de decaimento que acompanha mostra o decaimento beta de césio-137 . 137 Cs é conhecido por um pico de gama característico em 661 KeV, mas na verdade é emitido pelo radionuclídeo filho 137m Ba. O diagrama mostra o tipo e a energia da radiação emitida, sua abundância relativa e os nuclídeos filhos após a decadência.

Fósforo-32 é um emissor beta amplamente utilizado na medicina e tem meia-vida curta de 14,29 dias e decai em enxofre-32 por decaimento beta, conforme mostrado nesta equação nuclear:

32
15
P
32
16
S1+
+
e-
+
ν
e

1.709  MeV de energia são liberados durante a decadência. A energia cinética do elétron varia com uma média de aproximadamente 0,5 MeV e o restante da energia é transportado pelo quase indetectável antineutrino do elétron . Em comparação com outros nuclídeos emissores de radiação beta, o elétron é moderadamente energético. É bloqueado por cerca de 1 m de ar ou 5 mm de vidro acrílico .

Interação com outro assunto

A radiação de luz azul Cherenkov sendo emitida de um pool de reator TRIGA é devido a partículas beta de alta velocidade viajando mais rápido do que a velocidade da luz ( velocidade de fase ) na água (que é 75% da velocidade da luz no vácuo).

Dos três tipos comuns de radiação emitidos por materiais radioativos, alfa , beta e gama , beta tem o poder de penetração médio e o poder de ionização médio. Embora as partículas beta emitidas por diferentes materiais radioativos variem em energia, a maioria das partículas beta pode ser interrompida por alguns milímetros de alumínio . No entanto, isso não significa que os isótopos emissores de beta possam ser completamente protegidos por tais escudos finos: conforme eles desaceleram na matéria, os elétrons beta emitem raios gama secundários, que são mais penetrantes do que os betas em si. A blindagem composta de materiais com menor peso atômico gera gamas com menor energia, tornando esses escudos um pouco mais eficazes por unidade de massa do que os feitos de materiais com alto Z, como o chumbo.

Sendo composta de partículas carregadas, a radiação beta é mais fortemente ionizante do que a radiação gama. Ao passar pela matéria, uma partícula beta é desacelerada por interações eletromagnéticas e pode emitir raios-x bremsstrahlung .

Na água, a radiação beta de muitos produtos da fissão nuclear normalmente excede a velocidade da luz nesse material (que é 75% da luz no vácuo) e, portanto, gera radiação Cherenkov azul quando passa pela água. A intensa radiação beta das barras de combustível dos reatores de piscina pode, portanto, ser visualizada através da água transparente que cobre e protege o reator (veja a ilustração à direita).

Detecção e medição

Radiação beta detectada em uma câmara de nuvem de isopropanol (após a inserção de uma fonte artificial de estrôncio-90)

Os efeitos ionizantes ou de excitação das partículas beta na matéria são os processos fundamentais pelos quais os instrumentos de detecção radiométrica detectam e medem a radiação beta. A ionização de gás é usada em câmaras de íons e contadores Geiger-Müller , e a excitação de cintiladores é usada em contadores de cintilação . A tabela a seguir mostra as quantidades de radiação em unidades SI e não SI:

Ionizante quantidades relativas de radiação visualizar   talk   edição
Quantidade Unidade Símbolo Derivação Ano Equivalência SI
Atividade ( A ) becquerel Bq s -1 1974 Unidade SI
curie Ci 3,7 × 10 10 s −1 1953 3,7 × 10 10  Bq
Rutherford Rd 10 6 s −1 1946 1.000.000 Bq
Exposição ( X ) coulomb por quilograma C / kg C⋅kg −1 de ar 1974 Unidade SI
röntgen R esu / 0.001293 g de ar 1928 2,58 × 10 −4 C / kg
Dose absorvida ( D ) cinzento Gy J ⋅kg −1 1974 Unidade SI
erg por grama erg / g erg⋅g -1 1950 1,0 × 10 −4 Gy
rad rad 100 erg⋅g −1 1953 0,010 Gy
Dose equivalente ( H ) Sievert Sv J⋅kg -1 × W R 1977 Unidade SI
homem equivalente a röntgen rem 100 erg⋅g −1 x W R 1971 0,010 Sv
Dose efetiva ( E ) Sievert Sv J⋅kg -1 × W R × W T 1977 Unidade SI
homem equivalente a röntgen rem 100 erg⋅g -1 × W R × W T 1971 0,010 Sv
  • O cinza (Gy), é a unidade SI de dose absorvida , que é a quantidade de energia de radiação depositada no material irradiado. Para a radiação beta, isso é numericamente igual à dose equivalente medida pelo sievert , o que indica o efeito biológico estocástico de baixos níveis de radiação no tecido humano. O fator de conversão da ponderação da radiação de dose absorvida para dose equivalente é 1 para beta, enquanto as partículas alfa têm um fator de 20, refletindo seu maior efeito ionizante no tecido.
  • O rad é a unidade CGS obsoleta para dose absorvida e o rem é a unidade CGS obsoleta de dose equivalente, usada principalmente nos EUA.

Formulários

As partículas beta podem ser usadas para tratar problemas de saúde, como câncer nos olhos e nos ossos, e também como traçadores. Estrôncio-90 é o material mais comumente usado para produzir partículas beta.

Partículas beta também são usadas no controle de qualidade para testar a espessura de um item, como papel , que passa por um sistema de rolos. Parte da radiação beta é absorvida ao passar pelo produto. Se o produto for feito muito espesso ou fino, uma quantidade correspondentemente diferente de radiação será absorvida. Um programa de computador que monitora a qualidade do papel fabricado moverá os rolos para alterar a espessura do produto final.

Um dispositivo de iluminação chamado betalight contém trítio e fósforo . À medida que o trítio se decompõe , ele emite partículas beta; estes atingem o fósforo, fazendo com que ele emita fótons , de maneira muito parecida com o tubo de raios catódicos de uma televisão. A iluminação não requer energia externa e continuará enquanto o trítio existir (e os fósforos não mudam quimicamente); a quantidade de luz produzida cairá à metade de seu valor original em 12,32 anos, a meia-vida do trítio.

O decaimento beta-plus (ou pósitron ) de um isótopo marcador radioativo é a fonte dos pósitrons usados ​​na tomografia por emissão de pósitrons (PET).

História

Henri Becquerel , ao fazer experiências com fluorescência , descobriu acidentalmente que o urânio expôs uma placa fotográfica , embrulhada com papel preto, com alguma radiação desconhecida que não podia ser desligada como os raios-X .

Ernest Rutherford continuou esses experimentos e descobriu dois tipos diferentes de radiação:

  • partículas alfa que não apareceram nas placas de Becquerel porque foram facilmente absorvidas pelo papel de embrulho preto
  • partículas beta que são 100 vezes mais penetrantes do que partículas alfa.

Ele publicou seus resultados em 1899.

Em 1900, Becquerel mediu a razão massa-carga ( m / e ) para partículas beta pelo método de JJ Thomson usado para estudar os raios catódicos e identificar o elétron. Ele descobriu que e / m para uma partícula beta é o mesmo que para o elétron de Thomson e, portanto, sugeriu que a partícula beta é de fato um elétron.

Saúde

As partículas beta penetram moderadamente no tecido vivo e podem causar mutação espontânea no DNA .

Fontes beta podem ser usadas em radioterapia para matar células cancerosas.

Veja também

Referências

Leitura adicional