beta radyasyonu

β ^- radyasyon (protonlar kırmızı, nötronlar mavi)

β ⁺ radyasyon

Beta radyasyonu veya β radyasyonu , radyoaktif bozunma , beta bozunması veya beta geçişi sırasında oluşan iyonlaştırıcı radyasyondur . Bir beta yayıcının atom çekirdeği, başka bir kimyasal elementin atom çekirdeğine dönüştürülür . β ^- bozunması durumunda (belirgin: beta eksi) bu, bir sonraki daha yüksek atom numarasına sahip olan elementtir , bir β ⁺ bozunması durumunda (belirgin: beta artı) bir sonraki düşük olan element . Yayılan atom çekirdeğine ana nüklid, sonuçta ortaya çıkan kız nüklid denir .

Beta radyasyonu parçacık radyasyonudur ve sözde beta parçacıklarından oluşur . β ^- radyasyon durumunda bunlar negatif yüklü elektronlardır , β ⁺ radyasyon durumunda bunlar pozitif yüklü pozitronlardır . Beta parçacığına ek olarak, bir β ^- bozunması durumunda bir elektron antinötrinosu ve bir β ⁺ bozunması durumunda bir elektron nötrinosu salınır . Kural olarak, bu parçacıklar tespit edilemez ve beta radyasyonu olarak sayılmaz. Ek olarak, her beta bozunumu ile düşük enerjili elektromanyetik radyasyon salınır. Olarak aksine alfa radyasyon , kinetik enerjisi yayılan beta partikülleri olabilir , neredeyse maksimum enerjiye sıfıra kadar gelen herhangi bir değer. Beta radyasyonunun tipik maksimum enerjisi, yüzlerce kiloelektronvolt ile birkaç megaelektronvolt aralığındadır ve spesifik bozunmaya bağlıdır.

Adı, iyonlaştırıcı ışınların radyoaktif bozunmadan alfa ışınlarına, beta ışınlarına ve gama ışınlarına ilk bölünmesinden gelir ve bu sırayla maddenin artan geçirgenliğini gösterir.

ortaya çıkma

Feynmann diyagramı bir azalması için nötron n içine proton p , elektron E ^- ve elektron antineutrino aracılıdır üzeri W boson W ^- .

{\ displaystyle {\ üst çizgi {\ nu}} _ {e}}

Atom çekirdeğinin beta bozunması

Beta bozunması, atom çekirdeğinin radyoaktif bozunma türüdür . Bir β ^- bozunması durumunda, atom çekirdeğindeki nötr bir nötron , pozitif yüklü bir protona dönüştürülür . Yükün korunumuna uygun olarak , bu işlem negatif yüklü bir elektron ve lepton sayısının korunumuna uygun olarak ek bir elektron antinötrino oluşturur. β ⁺ bozunması sırasında , bir proton bir nötrona dönüşür ve bir pozitron ve bir elektron nötrinosu oluşturulur. Her iki bozunma sürecinde de çekirdek, aynı kütle numarasına sahip bir atom çekirdeğine dönüşür , ancak sırayla bir atom numarası ile değiştirilir . Protonlar ve nötronlar benzer kütlelere sahip olduğundan ve her iki çekirdeğin de kütle kusuru benzer olduğundan, sonuçta ortaya çıkan çekirdek (kardeş çekirdek) neredeyse ana çekirdek kadar ağırdır . Bununla birlikte, yavru çekirdek, farklı bir kimyasal elemente aittir. Bu tür atom çekirdeklerine izobar denir .

Eğer Beta bozunumu mümkündür atomik kütle Einstein'ın göre kütleleri arasındaki fark o zamandan bu yana, ana nüklidin, kız nüklidin ve beta parçacık kütlesinin atomik kütle toplamından daha büyük olan bir kütle ve enerji eşdeğerliliği salınabilir parçacıkların kinetik enerjisi olarak İzobarlar periyodik tablonun her iki yönünde daha hafifse, bir parçacık hem β ^- hem de β ⁺ bozunabilir. Bu, örneğin, kalsiyum -40'a ve ayrıca argon -40'a parçalanabilen potasyum -40 ile gerçekleşir . Enerjinin ve momentumun korunumu nedeniyle (bkz. kinematik (parçacık süreçleri) ), hafif beta parçacığı ve neredeyse kütlesiz (anti-) nötrino, enerjinin büyük çoğunluğunu alır. Ağır yavru çekirdek ile, birkaç eV'nin yalnızca çok küçük bir kısmı kalır.

Nükleer fiziğin ilk günlerinde, beta elektronlarının gözlemlenmesi geçici olarak elektronların atom çekirdeğinin bir parçası olduğu yanlış sonucuna yol açtı. Ancak mevcut bilgilere göre, yayılan iki parçacık yalnızca nükleer dönüşüm sırasında üretilir.

Teori, beta bozunmasını zayıf bir etkileşim süreci olarak tanımlar . P sırasında ^- çürüme, bir d-kuark nötron ( u-kuark ve içine) dönüşümler W ^- bozonun zayıf etkileşim yoluyla seviyesinde elementel parçacıklarının . Nötron bir proton ( ) haline gelirken, W bozonunun kendisi zayıf bir etkileşim nedeniyle bir elektron ve bir antinötrinoya bozunur. Tersine, β ⁺ bozunması durumunda, bir protonun u kuarklarından biri, bir W ⁺ bozonu aracılığıyla bir d kuarkına dönüştürülür. ${\ displaystyle | n \ rangle = | udd \ rangle}$ ${\ displaystyle | p \ rangle = | uud \ rangle}$

Radyoaktif bozunma modlarına sahip nüklidlerin tablosu :
siyah = kararlı,
pembe = β - nötron fazlalığına bağlı bozunma ,
mavi = EC veya β + proton fazlalığına bağlı bozunma ,
sarı = alfa bozunması

Beta-eksi ışınların aslında atom kabuğundaki elektronlarla aynı tip parçacıklar olduğu gerçeği, onların madde ile etkileşimi ile gösterilir. Pauli ilkesi , sadece özdeş parçacıkların için de geçerlidir, bu yavaşlama sonra nötr atomunun daha önce işgal durumları içinde sıkışıp kalmasının elektron engeller. Bu yakalama aslında beta-eksi ışınları ile hiç gözlenmedi, diğer negatif yüklü parçacıklar, örneğin müonlar için bu yakalama yasak değil ve aynı zamanda gözlemleniyor.

Beta-eksi bozunma (β ^- )

Fazla nötron içeren nüklidler , β ^- süreci ile bozunur . Çekirdekteki bir nötron bir protona dönüşür ve bir elektron ( ) ve bir elektron antinötrino ( ) gönderir . Elektron ve antinötrino, lepton oldukları ve güçlü etkileşime maruz kalmadıkları için atom çekirdeğini terk eder . Bozunma sürecinden sonra çekirdekte bir nötron eksi bir proton fazla olduğu için atom numarası 1 artarken kütle numarası değişmeden kalır . Böylece element, periyodik tablodaki halefine gider . ${\ displaystyle \ matematik {e} ^ {-}}$ ${\ displaystyle {\ üst çizgi {\ nu}} _ {e}}$ ${\ görüntü stili A}$ ${\ görüntü stili Z}$

Her zamanki gibi simgelerin üstüne kütle numaralarını ve altlarına atomik yük numaralarını yazarsanız , nötronun bozunması aşağıdaki formülle açıklanabilir: ${\ görüntü stili A}$ ${\ görüntü stili Z}$

{\ displaystyle {} _ {0} ^ {1} \ matrm {n} \ - {} _ {1} ^ {1} \ matrm {p} + \ matrm {e} ^ {-} + {\ üst çizgi { \ nu}} _ {e}}

X ana nüklidi ve Y de yavru nüklidi gösteriyorsa , genellikle β ^- bozunması için aşağıdakiler geçerlidir :

{\ displaystyle {} _ {Z} ^ {A} \ matrm {X} \ - {} _ {Z + 1} ^ {A} \ matrm {Y} + \ matrm {e} ^ {-} \ matrm { +} {\ üst üste {\ nu}} _ {e}}

Tipik bir β ^- radyatör ¹⁹⁸ Au'dur . Burada formül gösterimine dönüştürme:

{\ displaystyle {} _ {\ 79} ^ {198} \ matrm {Au} \ - {} _ {\ 80} ^ {198} \ matrm {Hg} + \ matrm {e} ^ {-} + {\ üst çizgi {\ nu}} _ {e}}

Üretilen elektronun genellikle yüksek enerjisi, aynı atomun yüksek seviyedeki serbest durumlarından birinde ani bir yakalamayı önler. Bununla birlikte, özellikle yüksek yüklü ağır iyonlarla, böyle bir bağlı duruma geçiş gerçekleşebilir, bu sürece bağlı beta bozunması denir.

Dönüşüm veya bozunma enerjisi:

{\ displaystyle E_ {0} = (m (Z, A) -m (Z + 1, A)) \ cdot c ^ {2}}

Beta bozunma spektroskopisi literatüründe, bu bozunma daha önce negatron bozunması (elektron için "negatron") olarak da adlandırılıyordu.

Beta artı bozunma (β ⁺ )

β ⁺ bozunması protonca zengin nüklidlerde meydana gelir. Burada çekirdeğin bir protonu bir nötrona dönüştürülür. Bir elektron nötrino, bir pozitron (pozitron radyasyonu) ile birlikte yayılır. β ^- bozunmada olduğu gibi, kütle numarası değişmeden kalır, ancak atom numarası 1 azalır, bu nedenle element periyodik tablodaki öncülüne aktarılır.

Protonu bir nötrona dönüştürmek için formül:

{\ displaystyle {} _ {1} ^ {1} \ matrm {p} \ - {} _ {0} ^ {1} \ matrm {n} + \ matrm {e} ^ {+} + \ nu _ { e}}

Yukarıdakiyle aynı gösterimlerle, genel β ⁺ -çürüme şu şekilde tanımlanabilir:

{\ displaystyle {} _ {Z} ^ {A} \ matematik {X} \ - {} _ {Z-1} ^ {A} \ matematik {Y} + \ matematik {e} ^ {+} + \ nu _ {e}}

Beta artı bozunma ancak geçişin geçiş enerjisi en az 1022 keV ise gerçekleşebilir. Bu, bir elektronun veya pozitronun durgun enerjisinin iki katıdır , çünkü pozitronun üretilmesi gerekir ve dönüşüm enerjisi de başlangıç atomu (atom numarası Z) ile son atom (atom numarası Z-1) arasındaki kütle farkı olarak tanımlanır. ), her birinin tarafsız olduğu varsayılır; son atom, başlangıç atomundan bir eksik elektrona sahiptir. Dönüşüm veya bozunma enerjisi: ${\ displaystyle {} _ {Z} ^ {A} \ matematik {X} \ - {} _ {Z-1} ^ {A} \ matematik {Y}}$

{\ displaystyle E_ {0} = (m (Z, A) -m (Z-1, A) -2m_ {e}) \ cdot c ^ {2}}

ile elektron kütle. ${\ displaystyle m_ {e}}$

(Diğer şeylerin yanı sıra) β ⁺ bozunmasının meydana geldiği en yaygın ilkel nüklid potasyum-40'tır ( ⁴⁰ K ), ancak bozunma çok nadirdir. İşte formül:

{\ displaystyle {} _ {19} ^ {40} \ matrm {K} \ - {} _ {18} ^ {40} \ matrm {Ar} + \ matrm {e} ^ {+} + \ nu _ { e}}

Elektron yakalama (ε)

β ⁺ bozunmasıyla rekabet eden bir süreç elektron yakalamadır (e (epsilon) bozunması veya K yakalama olarak da adlandırılır). Beta radyasyonu oluşmamasına rağmen, beta bozunmaları arasında sayılır. Burada da, çekirdekteki bir proton bir nötrona dönüştürülürken, atom kabuğunun çekirdeğine yakın bir kabuktan bir elektron yok edilir ve bir nötrino üretilir ve yayılır:

{\ displaystyle {} _ {Z} ^ {A} \ matematik {X} + \ matematik {e} ^ {-} \ - {} _ {Z-1} ^ {A} \ matematik {Y} \ matematik { +} \ nu _ {e}}

Atom kabuğunda oluşturulan “boşluk”, karakteristik bir X-ışını fotonunun emisyonuna veya Auger elektronlarının emisyonuna yol açar .

Elektron yakalama, her β ⁺ yayıcı için bir başka bozunma kanalı olarak gerçekleşir . Geçişin dönüşüm enerjisinin 1022 keV'den az olduğu tek bozunma kanalıdır . Elektron yakalama minimum bir enerji gerektirmez, sadece radyonüklid atomunun kalan enerjisi, yavru atomunkinden daha büyük olmalıdır. ${\ displaystyle {} _ {Z} ^ {A} \ matematik {X} \ - {} _ {Z-1} ^ {A} \ matematik {Y}}$

Elektron yakalama ayrıca kabuk elektronlarının ve beta elektronlarının aynı tür parçacık olduğunu kanıtlar.

K yakalama adı, bir elektronun genellikle K kabuğundan yakalanmasından gelir.

Serbest nötronun bozunması

Bir serbest nötron da tabidir beta eksi çürüme . Bir protona, bir elektron antinötrinosuna ve beta radyasyonu olarak algılanabilen bir elektrona dönüşür :

{\ displaystyle {\ hbox {n}} \ to {\ hbox {p}} + {\ hbox {e}} ^ {-} + {\ overline {\ nu}} _ {\ matematik {e}}}

Süresi , bu bozunma için sadece 15 dakika altında 880,3 ± 1.1 saniyedir. Bu , yaklaşık 10 dakikalık bir yarı ömre karşılık gelir . Dünyanın normal ortamında (örneğin havada) salınan her nötron, çok daha kısa sürede bir atom çekirdeği tarafından yakalanır; bu nedenle bu çürüme burada pratik bir rol oynamaz.

Ters beta bozunumu

Ters beta bozunmasında (IBD), bir proton, bir nötrino ile reaksiyona girerek bir nötrona dönüştürülür:

{\ displaystyle {} _ {1} ^ {1} \ matrm {p} + {\ overline {\ nu}} _ {e} \ to {} _ {0} ^ {1} \ matrm {n} + \ matematik {e} ^ {+}}

Bu işlemle, ilk nötrino tespiti 1959'da ( Cowan-Reines-Neutrinoexperiment ) ve daha sonraki nötrino dedektörlerinde (özellikle reaktör ve jeonötrinolarla yapılan deneyler gibi düşük enerjili nötrinolarla deneylerde, nötrino salınımları üzerinde ve steril aramalar için) elde edildi. nötrinolar ). Bu işlem için minimum 1.806 MeV antinötrino enerjisi gereklidir. Tipik nötrino deneylerinde, pozitron bir elektronla yok olmaya yol açar , bu da enerji keV olan bir fotona yol açar ; z'deki ılımlılıktan sonra nötronu üretti . B. Su, uygun bir atom çekirdeği ( kadmiyum -113 gibi ) tarafından yakalandığında , elektron-pozitron imhası için karakteristik enerjiye sahip bir gama radyasyonunu geciktirir. ${\ displaystyle E_ {v} = 511 + 511 + E _ {{\ üst üste {\ nu}} _ {e}} - 1806 = E _ {{\ üst üste {\ nu}} _ {e}} - 784}$

Elektron yakalamaya karşılık gelen reaksiyon süreci aynı zamanda ters beta bozunumu olarak da adlandırılır :

{\ displaystyle {} _ {1} ^ {1} \ matrm {p} + \ matrm {e} ^ {-} \ ila {} _ {0} ^ {1} \ matrm {n} + {\ nu} _ {e}}

Yüksek yoğunluklu madde (nötron yıldızları, beyaz cüceler) ile astrofizikte rol oynar.

enerji spektrumu

Alfa radyasyonunun aksine , beta radyasyonunun ( beta spektrumu ) enerji dağılımı süreklidir, çünkü bozunma sırasında açığa çıkan enerji iki değil üç parçacık üzerinde dağıtılır - atom çekirdeği, elektron / pozitron ve antinötrino / nötrino. Genel momentum korunurken, bireysel parçacıkların enerjileri sabit değildir (bkz. kinematik (parçacık süreçleri) ).

²¹⁰ Bi'nin beta elektron spektrumu : Çizilmiş (keyfi birimlerde), elektronun atomdan ayrıldığı kinetik enerjinin bir fonksiyonu olarak enerji aralığı başına elektron sayısıdır. Elektriksel çekimin bir sonucu olarak, bu, çekirdek yüksüz olsaydı elektronun sahip olacağı enerjiden biraz daha küçüktür ( Coulomb kayması ).

Şekil basit bir ölçülen elektron spektrumunu göstermektedir. Daha karmaşık spektrumlar, yavru çekirdeğin farklı enerji seviyelerine beta geçişleri çakıştığında ortaya çıkar.

Beta en yüksek enerji örnekleri
izotop	Enerji ( keV )	Çürümek	Notlar
serbest nötron	0782.33	β ^-
⁰⁰³ H (trityum)	0018.59	β ^-	İkinci en düşük bilinen β ^- maksimum enerji, KATRIN deneyinde kullanılır .
⁰¹¹ C	0960.4 1982,4	β ⁺ ε⁺
⁰¹⁴ C	0156.475	β ^-
⁰²⁰ F	5390.86	β ^-
⁰³⁷ bin	5125,48 6147,48	β ⁺ ε⁺
¹⁶³ Ho	0002.555	ε⁺
¹⁸⁷ Yeniden	0002.467	β ^-	Bilinen en düşük β ^- -Höchstenergie, deneyde MARE kullanılmalıdır
²¹⁰ bi	1162.2	β ^-

Not:
Tablolarda, yavru nüklidin temel durumundaki toplam geçiş enerjisi sıklıkla verilmektedir. Bu, sonraki gama radyasyonunu ve/veya bir elektron-pozitron çiftinin kalan enerjisini içerebilir.

dönüşüm elektronları

Beta radyasyonundan elektronların enerji dağılımının ölçümleri genellikle geniş sürekliliğe ek olarak keskin çizgiler ( tepeler ) içeren spektrumlarla sonuçlanır . Bunlar, uyarılmış bir nükleer durumun iç dönüşümü yoluyla kabuktan yayılan elektronlardır . Spektrumun bu kısmı, gerçek beta bozunması ile hiçbir ilgisi olmamasına rağmen, ayrı beta spektrumu olarak adlandırılırdı .

nötrino kütlesi

Spektrumun maksimum elektron veya pozitron enerjisi civarındaki şekli, elektron nötrinosu veya antinötrinonun henüz bilinmeyen kütlesi hakkında bilgi sağlar . Bunu yapmak için, bir beta spektrumunun yüksek enerjili ucu (son 1 ila 2 eV) çok yüksek bir doğruluk derecesi ile ölçülmelidir. Maksimum enerjideki sürekli düşüşün aksine ani bir son, nötrino salınımlarına dayalı olarak beklendiği gibi sıfırdan farklı bir nötrino kütlesi gösterecek ve değeri belirlenebilecekti. Ölçüm tercihen trityum (deney KATRIN ) veya renyum-187 (deney MARE) gibi düşük bozunma enerjisine sahip nüklitlerin beta bozunması sırasında gerçekleştirilir .

iç bremsstrahlung

Beta bozunması durumunda , elektrik yüklü parçacıklar hızlanır, bu nedenle elektromanyetik radyasyon bremsstrahlung şeklinde oluşur . Beta parçacıkları madde içinde frenlendiğinde ortaya çıkan bremsstrahlung'dan ayırt etmek için bu forma iç bremsstrahlung denir. İlk olarak 1927 yılında Aston tarafından tanımlanmıştır. Teorik bir tedavi 1949 yılında Wang Chang ve Falkoff tarafından verildi. Dahili bremsstrahlung'un yoğunluğu, enerjinin korunumu yasasını izleyen maksimum frekansa kadar frekanstan bağımsızdır. Polarizasyonları beta parçacığının uçuş yönü ve gözlem yönü düzlemindedir, enerjileri klasik yaklaşımdadır.

{\ displaystyle E _ {\ matematik {Str}} \ yaklaşık {\ frac {2 \ alpha} {\ pi}} \ sol [{\ frac {c} {v}} \ operatöradı {artanh} {\ frac {v } {c}} - 1 \ sağ] {\ frac {m_ {e} c ^ {2}} {\ sqrt {1-v ^ {2} / c ^ {2}}}}}

ile ince yapı sabit , ışık hızı , elektron kütlesi ve beta parçacık hızı . Boyut da denir hızlılığı . Yavaş beta parçacıkları için bu enerji kaybı önemsizdir. Yüksek enerjili beta parçacıkları için formül geçebilir ${\ görüntü stili \ alfa}$ ${\ görüntü stili c}$ ${\ displaystyle m_ {e}}$ ${\ görüntü stili v}$ ${\ displaystyle \ operatöradı {artanh} (v / c)}$ ${\ görüntü stili v \ ll c}$

{\ displaystyle E _ {\ matematik {Str}} \ yaklaşık {\ frac {2 \ alpha} {\ pi}} \ sol [\ ln {\ frac {2E _ {\ matematik {Beta}}} {m_ {e } c ^ {2}}} - 1 \ sağ] E _ {\ matematik {Beta}}}

beta parçacığının enerjisi ile yaklaşılabilir. 5 MeV enerjili yüksek enerjili parçacıklar için bile, radyasyondan kaynaklanan kayıp sadece yüzde bir mertebesindedir. ${\ displaystyle E _ {\ matematik {Beta}}}$

Bu iç bremsstrahlung'un açısal dağılımı,

{\ displaystyle {\ frac {\ matematik {d} E _ {\ matematik {Str}}} {\ matematik {d} \ teta}} = {\ frac {\ alpha} {2 \ pi}} {\ frac { v ^ {2}} {c ^ {2}}} {\ frac {\ günah ^ {2} \ teta} {(1-v / c \ cos \ teta) ^ {2}}} E _ {\ matematik {Beta }}}

verilen ve dış bremsstrahlung'un açısal dağılımı ile aynıdır.

Elektronlar yakalandığında, elektrik yükünün kaybolması ve elektronun manyetik momenti nedeniyle radyasyon salınır. Bu klasik bir teoride açıklanamaz. Martin ve Glauber 1957'de bir açıklama yaptılar. Problemin yarı-klasik tedavisi, diferansiyel yoğunluk dağılımıyla sonuçlanır.

{\ displaystyle {\ frac {\ matematik {d} I} {\ matematik {d} \ omega}} \ yaklaşık {\ frac {3 \ alpha ^ {3} \ hbar} {32 \ pi}} Z ^ {2 } {\ frac {\ omega ^ {2} (\ omega ^ {2} + \ omega _ {0} ^ {2})} {(\ omega ^ {2} - \ omega _ {0} ^ {2} ) ^ {2}}} + {\ frac {\ alpha \ hbar ^ {3}} {2 \ pi}} {\ frac {\ omega ^ {2}} {(m_ {e} c ^ {2}) ^ {2}}} \ sol (1 - {\ frac {\ hbar \ omega} {E_ {0}}} \ sağ) ^ {2}}

ile eylem indirgenmiş Planck kuantum , atom numarası , karakteristik frekans geçiş ile Rydberg enerji ve elektron yakalama toplam serbest enerjisi . İlk terim elektrik yükünden, ikincisi manyetik andan gelir. ${\ görüntü stili \ hbar}$ ${\ görüntü stili Z}$ ${\ displaystyle {} ^ {2} p \ - {} ^ {1} s}$ ${\ displaystyle \ omega _ {0} = 3Z ^ {2} R_ {y} / \ hbar}$ ${\ görüntü stili R_ {y}}$ ${\ görüntü stili E_ {0}}$

Bu yaklaşımda, (entegre edilemeyen) bir kutup oluşur . Bu, elektronun atom çekirdeği etrafında dairesel bir yörüngede olduğu şeklindeki yarı-klasik yaklaşımla açıklanabilir: Klasik olarak, elektron bu dairesel yörüngede sürekli olarak senkrotron radyasyonu yayar. ${\ görüntü stili \ omega _ {0}}$

polarizasyon

Beta radyasyonu, emisyon yönünde boylamasına spin-polarizedir , yani hızlı β ^- parçacıkların uçuş yönüne zıt bir polarizasyonu vardır (açıkça: sol taraftaki bir vida gibi hareket eder), hızlı β ⁺ parçacıkları uçuş yönünde bir polarizasyona sahiptir. . Bu, paritenin korunmadığını kanıtladığı için, zayıf etkileşimin temelde ilginç bir özelliğidir . Bununla birlikte, radyasyonun etkileri ve uygulamalarında pratikte hiçbir rolü yoktur.

madde ile etkileşim

Beta parçacıkları bir malzemeye nüfuz ettiğinde, malzemeye enerji transferi ve iyonizasyon , parçacıkların nüfuz etme derinliğine karşılık gelen yüzeye yakın bir tabakada gerçekleşir.

Delici parçacık bir pozitron (β ⁺ parçacık) ise, çok yakında bir elektronla, yani onun antiparçacığıyla karşılaşacaktır . Bu , gama aralığında (çoğunlukla) iki fotonun ortaya çıktığı yok olmaya yol açar .

biyolojik etki

İnsan vücudu dışarıdan beta ışınlarına maruz kalırsa cildin sadece katmanları zarar görür. Ancak yoğun yanıklar ve bunun sonucunda cilt kanseri gibi uzun vadeli etkiler olabilir . Gözler radyasyona maruz kalırsa, lens bulanıklaşabilir .

Beta yayıcılar vücuda emilirse ( birleştirilirse ) , yayıcının yakınında yüksek düzeyde radyasyon oluşabilir . Tiroid kanseri , tiroid bezinde biriken radyoaktif iyodin -131 ( ¹³¹ I) sonucunda iyi belgelenmiştir . Literatürde stronsiyum -90'ın ( ⁹⁰ Sr) kemik kanserine ve lösemiye yol açabileceğine dair korkular da vardır, çünkü stronsiyum, kalsiyum gibi kemiklerde birikmektedir.

Radyasyon koruması

Beta ışınları edilebilir korumalı de birkaç milimetre kalınlığında (örneğin emici bir ile alüminyum levha ) . Bununla birlikte, beta parçacıklarının enerjisinin bir kısmı X-ışını bremsstrahlung'a dönüştürülür . Bu oranı azaltmak için koruyucu malzeme mümkün olduğu kadar hafif yani atom numarası düşük atomlara sahip olmalıdır . Arkasında, ikinci bir ağır metal emici , bremsstrahlung'u koruyabilir.

Farklı malzemelerde farklı enerjilere sahip β-parçacıklarının maksimum aralığı
nüklid	enerji	hava	pleksiglas	bardak
¹⁸⁷ Yeniden	2.5 keV	1 cm
³ H.	19 , 0 keV	8 cm
¹⁴ C	156 , 0 keV	65 cm
³⁵s	167 , 0 keV	70 cm
¹³¹I.	600 , 0 keV	250 cm	2,6 mm
³²P	1710 , 0 keV	710 cm	7,2 mm	4 mm

β-yayıcılar için malzemeye bağlı bir maksimum aralık belirlenebilir, çünkü β-parçacıkları enerjilerini ( alfa parçacıkları gibi ) birçok tekli çarpışmada atomik elektronlara verir; radyasyon bu nedenle gama radyasyonu gibi üssel olarak zayıflatılmaz . Koruyucu malzemelerin seçimi bu bilgiden kaynaklanmaktadır. Araştırmalarda yaygın olarak kullanılan bazı β-yayıcıların hava, pleksiglas ve camdaki aralıkları sağdaki tabloda hesaplanmıştır. 1 cm kalınlığında bir pleksiglas elek belirtilen enerjilerle güvenilir eleme sağlayabilir.

β ⁺ radyasyonu durumunda , β ⁺ parçacıklarının elektronlarla (yukarıya bakın) yok olduğu ve bu sayede fotonların serbest bırakıldığı belirtilmelidir. Bunlar yaklaşık 511 keV enerjiye sahiptir (elektronun kütlesine karşılık gelir) ve bu nedenle gama radyasyonu aralığındadır.

Uygulamalar

Olarak nükleer tıp , beta yayıcılar (örneğin ¹³¹ I ⁹⁰ -Y) kullanılan radyonüklid terapisi . Nükleer tıp tanısında, β ⁺ emitörleri ¹⁸ F, ¹¹ C, ¹³ N ve ¹⁵ O, pozitron emisyon tomografisinde izleyiciler için radyoaktif bir işaretleyici olarak kullanılır . Çiftlerin yok edilmesinden kaynaklanan radyasyon değerlendirilir .

Olarak radyasyon tedavisi , beta yayıcılar (örneğin ⁹⁰ Sr, ¹⁰⁶ Ru) kullanılır brakiterapi .

Beta ışınları de kullanılmaktadır - ek olarak X-ışınları ve gama ışınları - içinde radyasyon tipi sterilizasyon .

Toz radyometrik ölçümü , gaz içeren bir toz ölçümü için bir yöntem olup, beta-ışınları emilimi kullanır. Örneğin ¹⁴ C ve ⁸⁵ Kr radyasyon kaynağı olarak kullanılır .

Çekirdeklerde beta bozunma geçişleri

Çekirdeklerdeki beta bozunmalarında, yayılan parçacıkların (elektron ve antinötrino veya pozitron ve nötrino) dönüşlerinin antiparalel ve eşleştiği Fermi bozunmaları ve dönüşlerin birleştiği Gamow-Teller geçişlerinde bir ayrım yapılır . Çekirdeklerin toplam açısal momentumu Fermi geçişleri ( ) ile değişmez , Gamow-Teller geçişleri ile değişir . Nükleer spin bir geçiş için Gamow-Teller geçiş yasaktır. Bu tür geçişlere (yalnızca Fermi geçişinin katkıda bulunduğu) ayrıca süper izinli olarak da atıfta bulunulur. ${\ görüntü stili S = 0}$ ${\ görüntü stili S = 1}$ ${\ görüntü stili \ Delta I = 0}$ ${\ displaystyle \ Delta I = 0, \ pm 1}$ ${\ görüntü stili I = 0}$ ${\ görüntü stili I = 0}$

İki geçiş türü, Hamilton operatöründeki terimlere karşılık gelir.

{\ displaystyle G_ {V} {\ şapka {1}} {\ şapka {\ tau}}}

Fermi geçişinde ve

{\ displaystyle G_ {A} {\ şapka {\ sigma}} {\ şapka {\ tau}}}

Gamow-Teller geçişinde

İşte Pauli matrisler eğirme operatörü ve Isospinoperators (o nötron ve tersi protonun geçiş neden olur) ve iplik uzayda birlik operatör. zayıf etkileşimin vektör birleştirme sabiti (ayrıca Fermi birleştirme sabiti), eksenel vektör birleştirme sabitidir (ayrıca Gamow-Teller birleştirme sabiti). Fermi bozunmaları 1930'larda Enrico Fermi tarafından zayıf etkileşimin etkili bir teorisi ile tanımlandı, birkaç yıl sonra George Gamow ve Edward Teller bir eksenel vektör terimi eklediler . ${\ displaystyle {\ şapka {\ sigma}}}$ ${\ görüntü stili {\ şapka {\ tau}}}$ ${\ görüntü stili {\ şapka {1}}}$ ${\ görüntü stili G_ {V}}$ ${\ görüntü stili G_ {A}}$

Çekirdeklerde beta bozunmaları durumunda, ilk çekirdek temel duruma ve başka bir zamanda uyarılmış bir duruma bozunabiliyorsa, Fermi ve Gamow-Teller geçişlerinin karışımları da meydana gelebilir.

Yayılan parçacıkların sıfırdan farklı yörünge açısal momentumlu geçişleri daha az olasıdır ve engellenmiş olarak adlandırılır (yörünge açısal momentumuna bağlı olarak farklı derecelerde). 'nin değerine bağlı olarak parite ( ) değişir veya değişmez. ile basit Fermi ve Gamow-Teller geçişleri ile parite değişmez. Bu, Gamow-Teller geçişlerini elektromanyetik dipol geçişlerindeki analoglarından ayırır (orada operatör eksenel değil, kutupsal bir vektördür, parite değişir). ${\ görüntü stili L}$ ${\ görüntü stili {(-)} ^ {L}}$ ${\ görüntü stili {(-)} ^ {L} = - 1}$ ${\ görüntü stili L = 0}$

Araştırma geçmişi

1903'te Ernest Rutherford ve Frederick Soddy , Antoine Henri Becquerel tarafından 1896'da keşfedilen radyoaktivitenin elementlerin dönüşümüyle bağlantılı olduğuna dair bir hipotez geliştirdiler . Beta bozunması, beta radyasyonunun kaynağı olarak tanımlandı. Buna dayanarak, Kasimir Fajans ve Soddy , 1913'te , doğal bozunma serilerinin ardışık alfa ve beta bozunmaları ile açıklandığı radyoaktif yer değiştirme teoremlerini formüle ettiler . Alfa parçacıkları gibi beta elektronlarının kendilerinin çekirdekten geldiği fikri, 1913'te Ernest Rutherford'un çemberinde katılaştı.

İlk günlerde, beta parçacıklarının, alfa parçacıkları gibi, her radyoaktif elementin karakteristiği olan ayrı bir spektruma sahip olduğu konusunda uzun bir genel fikir birliği vardı. Tarafından yapılan deneyler Lise Meitner , Otto Hahn ve Otto von Baeyer tarafından 1911 yılında yayınlanan detektörleri, fotoğrafik plakaları ve takip eden yıllarda, hem de daha iyi deneylerle Jean Danysz 1913'te Paris bazı anormalliklerin (özellikle daha karmaşık bir spektrumu arzeden radyum E, yani ²¹⁰Bi ), bu, sürekli bir beta parçacıkları spektrumunu gösterir . Meslektaşlarının çoğu gibi, Meitner de başlangıçta bunun ikincil bir etki olduğunu, yani orijinal olarak yayılan elektronların bir özelliği olmadığını düşündü. James Chadwick'in 1914'te Berlin'deki Hans Geiger laboratuvarında manyetik bir spektrometre ve dedektör olarak sayaç tüpleri ile yaptığı deneylere kadar , sürekli spektrumun beta elektronlarının bir özelliği değildi.

Bu açık enerji korunumsuzluğunu (ve momentumun ve açısal momentumun korunumunun ihlalini ) açıklamak için Wolfgang Pauli 1930'da bir mektupta nötr, son derece hafif bir temel parçacığın bozunma sürecine katılması gerektiğini önerdi . "Nötron" olarak adlandırılır. Enrico Fermi , 1931'de , neredeyse aynı zamanda keşfedilen çok daha ağır nötrondan ayırt etmek için bu adı nötrino (İtalyanca "küçük nötr") olarak değiştirdi. 1933'te Fermi, beta bozunmasının teorik tanımını dört parçacık etkileşimi ( Fermi etkileşimi ) olarak yayınladı . Nötrinonun ilk deneysel kanıtı ancak 1956'da ilk büyük nükleer reaktörlerden birinde elde edildi (bkz. Cowan-Reines-Neutrinoexperiment ).

Beta parçacıklarının atomik elektronlarla kimliği 1948'de Maurice Goldhaber ve Gertrude Scharff-Goldhaber tarafından kanıtlandı. β ⁺ bozunumu, 1934'te Irène ve Frédéric Joliot-Curie tarafından keşfedildi . Elektron yakalama, 1935'te Hideki Yukawa tarafından teorik olarak tahmin edildi ve ilk kez 1937'de Luis Walter Alvarez tarafından deneysel olarak gösterildi.

1956'da Chien-Shiung Wu tarafından yürütülen bir deney , kısa bir süre önce Tsung-Dao Lee ve Chen Ning Yang tarafından ileri sürülen beta bozunmasındaki parite ihlalini göstermeyi başardı .

Yapay elektron ışınları

Bazen yapay olarak üretilen (örneğin sıcak katot tarafından ) ve bir parçacık hızlandırıcıda yüksek enerjiye getirilen serbest elektronlar da kesin olmayan bir şekilde beta radyasyonu olarak adlandırılır. Elektron hızlandırıcı tipi Betatron'un adı da bunu gösterir.

Ayrıca bakınız

Edebiyat

Werner Stolz: Radyoaktivite. Temel Bilgiler - Ölçüm - Uygulamalar. 5. baskı Teubner, 2005, ISBN 3-519-53022-8 .

Nükleer Fizik

Theo Mayer-Kuckuk : Nükleer Fizik. 6. baskı Teubner, 1994, ISBN 3-519-03223-6 .
Klaus Bethge : Nükleer Fizik. Springer, 1996, ISBN 3-540-61236-X .
Jörn Bleck-Neuhaus: Temel Parçacıklar. Atomlardan standart modele ve Higgs bozonuna . 2. Baskı. Springer, Heidelberg 2013, ISBN 978-3-642-32578-6 , doi : 10.1007 / 978-3-642-32579-3 .
Jean-Louis Basdevant, James Rich, Michael Spiro: Nükleer Fizikte Temeller. Nükleer Yapıdan Kozmolojiye. Springer 2005, ISBN 0-387-01672-4 .

Araştırma geçmişi

Carsten Jensen: Tartışma ve Konsensüs: Nükleer Beta Bozulması 1911-1934. Birkhäuser 2000.
Milorad Mlađenović: Erken Nükleer Fizik Tarihi (1896-1931). Dünya Bilimsel, 1992, ISBN 981-02-0807-3 .

Radyasyon koruması

Hanno Krieger: Radyasyon fiziğinin temelleri ve radyasyondan korunma. Vieweg + Teubner, 2007, ISBN 978-3-8351-0199-9 .
Claus Grupen: Radyasyondan korunmada temel kurs. Radyoaktif maddelerin işlenmesi için pratik bilgiler. Springer, 2003, ISBN 3-540-00827-6 .
James E. Martin: Radyasyondan Korunma için Fizik. Wiley, 2006, ISBN 0-471-35373-6 .

ilaç

Günter Goretzki: Tıbbi radyasyon. Fiziksel-teknik temeller. Urban & Fischer, 2004, ISBN 3-437-47200-3 .
Thomas Herrmann, Michael Baumann ve Wolfgang Dörr: Klinik Radyasyon Biyolojisi - kısaca. Urban & Fischer, 2006, ISBN 3-437-23960-0 .

İnternet linkleri

Vikisözlük: Beta radyasyonu - anlam açıklamaları , kelime kökenleri, eş anlamlılar, çeviriler

Alman Ulusal Kütüphanesi kataloğunda beta radyasyonu ile ilgili literatür
Radyasyondan Korunma Yönetmeliği Metni
Forschungszentrum Jülich'ten radyasyon, radyasyon ölçümü ve maruz kalma / dozimetri için çok sayıda terim ve tanım içeren "Radyasyondan Korunma Sözlüğü" .

Bireysel kanıt

↑ John David Jackson: Klasik Elektrodinamik . 3. Baskı. de Gruyter, Berlin • New York 2002, s. 843-850 .
↑ bkz. B. Max Planck: Yeni fiziğin dünya görüşü. Leipzig: Barth, 1929, s. 17/18.
↑ olarak p rotonenreichen nüklidler P P lus çürüme (β ⁺ ). Anımsatıcı : p rotonenreiche çekirdekleri = P lus bozunması; her ikisi de p ile ve yayılan P OSITRON ile başlar . β- artı → p Roton fazla , d. H. Proton, nötrona dönüşür
^ ^A^b Maurice Goldhaber , Gertrude Scharff-Goldhaber : Beta ışınlarının atomik elektronlarla tanımlanması . İçinde: Fiziksel İnceleme . Cilt 73, No. 12 , 1948, s. 1472-1473 , doi : 10.1103 / PhysRev.73.1472 .
^ F Bosch, DR Atanasov, C Brandau, I Dillmann, C Dimopoulou: Yüksek yüklü iyonların beta bozunması . İçinde: Physica Scripta . T156, doi : 10.1088 / 0031-8949 / 2013 / t156 / 014025 ( iop.org ).
↑ Mayer-Kuckuck, Kernphysik, Teubner, 1979, s. 294
↑ H. Krieger, W. Petzold: Radyasyon Fiziği, Dozimetri ve Radyasyondan Korunma . Cilt 1. 3. baskı, Teubner 1992, ISBN 978-3-519-23052-6 , sayfa 63
↑ Mayer-Kuckuck, Kernphysik, Teubner 1979, s. 294
↑ Mayer-Kuckuck, Kernphysik 1979, s. 295
↑ KA Zeytin ve ark. (Parçacık Veri Grubu), Çene. Fizik C38 , 09001 (2014): N Baryon Özet Tablosu
↑ Spectrum Lexicon Physics, ters beta bozunumu
↑ Borexino İşbirliği: Geoneutrinos'un Gözlenmesi , Phys. Lett. B, Cilt 687, 2010, s. 299-304
↑ Andreas Müller, Beta Decay, Astronomi Sözlüğü, Spektrum
↑ Sexl, Sexl, Beyaz Cüce Kara Delikler, Vieweg 1977, s. 55
↑ z. B. Ch. Gerthsen: Fizik. 6. baskı, Springer 1960, s. 329.
↑ GH Aston: Radyum E tarafından γ-ışını formunda Yayılan Enerji Miktarı . İçinde: Cambridge Felsefe Topluluğunun Matematiksel Bildirileri . kaset 23 , hayır. 8 , 1927, s. 935-941 .
^ CS Wang Chang ve DL Falkoff: Nuclei'nin Beta Bozunmasına Eşlik Eden Sürekli Gama Radyasyonu Üzerine . İçinde: Fiziksel İnceleme . kaset 76 , hayır. 3 , 1949, s. 365-371 .
↑ PC Martin ve RJ Glauber: Işınımsal Yörünge Elektron Yakalamanın Göreli Teorisi . İçinde: Fiziksel İncelemeler . kaset 109 , hayır. 4 , 1958, s. 1307-1325 .
↑ ^a^b Hanno Krieger: Radyasyon fiziğinin temelleri ve radyasyondan korunma. 2. Baskı. s.109.
↑ Heinrich Dresia, Franz Spohr: emisyon, emisyon ve işlerin izlenmesi için radyometrik toz ölçümlerinin uygulama ve hata olasılıkları. İçinde: Toz - temizlik. hava . 38, No. 11, 1978, ISSN 0949-8036 , s. 431-435.
^ Franz Joseph Dreyhaupt (Ed.): VDI-Lexikon Umwelttechnik. VDI-Verlag Düsseldorf 1994, ISBN 3-18-400891-6 , s. 1119.
^ Wong, Nükleer Fiziğe Giriş, Wiley-VCH 2004, s. 199
↑ ^a^b Örneğin Enrico Fermi, Nuclear Physics, 1953, s.81f
↑ ^a^b Bethge, Walter, Wiedemann, Kernphysik, Springer 2008, s. 252
↑ O.v. Baeyer, L. Meitner, O. Hahn: Radyumun beta ışınlarının manyetik spektrumları. İçinde: Physikalische Zeitschrift. Cilt 12, 1911, s. 1099-1101 ( [1] PDF).
↑ Chadwick: Radyum B + C'den gelen beta ışınlarının manyetik spektrumundaki yoğunluk dağılımı. In: Alman Fizik Derneği Müzakereleri. Cilt 16, 1914, s. 383-391.

[1] John David Jackson: Klasik Elektrodinamik . 3. Baskı. de Gruyter, Berlin • New York 2002, s. 843-850 .

[2] z. B. Max Planck: Yeni fiziğin dünya görüşü. Leipzig: Barth, 1929, s. 17/18.

[3] rak p rotonenreichen nüklidler P P lus çürüme (β ⁺ ). Anımsatıcı : p rotonenreiche çekirdekleri = P lus bozunması; her ikisi de p ile ve yayılan P OSITRON ile başlar . β- artı → p Roton fazla , d. H. Proton, nötrona dönüşür

[Goldhaber-4] A^b Maurice Goldhaber , Gertrude Scharff-Goldhaber : Beta ışınlarının atomik elektronlarla tanımlanması . İçinde: Fiziksel İnceleme . Cilt 73, No. 12 , 1948, s. 1472-1473 , doi : 10.1103 / PhysRev.73.1472 .

[5] F Bosch, DR Atanasov, C Brandau, I Dillmann, C Dimopoulou: Yüksek yüklü iyonların beta bozunması . İçinde: Physica Scripta . T156, doi : 10.1088 / 0031-8949 / 2013 / t156 / 014025 ( iop.org ).

[6] Mayer-Kuckuck, Kernphysik, Teubner, 1979, s. 294

[7] H. Krieger, W. Petzold: Radyasyon Fiziği, Dozimetri ve Radyasyondan Korunma . Cilt 1. 3. baskı, Teubner 1992, ISBN 978-3-519-23052-6 , sayfa 63

[8] Mayer-Kuckuck, Kernphysik, Teubner 1979, s. 294

[9] Mayer-Kuckuck, Kernphysik 1979, s. 295

[rpp2014-10] KA Zeytin ve ark. (Parçacık Veri Grubu), Çene. Fizik C38 , 09001 (2014): N Baryon Özet Tablosu

[11] Spectrum Lexicon Physics, ters beta bozunumu

[12] Borexino İşbirliği: Geoneutrinos'un Gözlenmesi , Phys. Lett. B, Cilt 687, 2010, s. 299-304

[13] Andreas Müller, Beta Decay, Astronomi Sözlüğü, Spektrum

[14] Sexl, Sexl, Beyaz Cüce Kara Delikler, Vieweg 1977, s. 55

[15] z. B. Ch. Gerthsen: Fizik. 6. baskı, Springer 1960, s. 329.

[16] GH Aston: Radyum E tarafından γ-ışını formunda Yayılan Enerji Miktarı . İçinde: Cambridge Felsefe Topluluğunun Matematiksel Bildirileri . kaset 23 , hayır. 8 , 1927, s. 935-941 .

[17] CS Wang Chang ve DL Falkoff: Nuclei'nin Beta Bozunmasına Eşlik Eden Sürekli Gama Radyasyonu Üzerine . İçinde: Fiziksel İnceleme . kaset 76 , hayır. 3 , 1949, s. 365-371 .

[18] PC Martin ve RJ Glauber: Işınımsal Yörünge Elektron Yakalamanın Göreli Teorisi . İçinde: Fiziksel İncelemeler . kaset 109 , hayır. 4 , 1958, s. 1307-1325 .

[krieger-19] Hanno Krieger: Radyasyon fiziğinin temelleri ve radyasyondan korunma. 2. Baskı. s.109.

[20] Heinrich Dresia, Franz Spohr: emisyon, emisyon ve işlerin izlenmesi için radyometrik toz ölçümlerinin uygulama ve hata olasılıkları. İçinde: Toz - temizlik. hava . 38, No. 11, 1978, ISSN 0949-8036 , s. 431-435.

[21] Franz Joseph Dreyhaupt (Ed.): VDI-Lexikon Umwelttechnik. VDI-Verlag Düsseldorf 1994, ISBN 3-18-400891-6 , s. 1119.

[22] Wong, Nükleer Fiziğe Giriş, Wiley-VCH 2004, s. 199

[fermi-23] Örneğin Enrico Fermi, Nuclear Physics, 1953, s.81f

[bethge-24] Bethge, Walter, Wiedemann, Kernphysik, Springer 2008, s. 252

[25] O.v. Baeyer, L. Meitner, O. Hahn: Radyumun beta ışınlarının manyetik spektrumları. İçinde: Physikalische Zeitschrift. Cilt 12, 1911, s. 1099-1101 ( [1] PDF).

[26] Chadwick: Radyum B + C'den gelen beta ışınlarının manyetik spektrumundaki yoğunluk dağılımı. In: Alman Fizik Derneği Müzakereleri. Cilt 16, 1914, s. 383-391.

Languages

beta radyasyonu

İçindekiler