Бета-распад

Бета-распад — это форма радиоактивного распада, при которой испускается бета-частица. Бета-частицы могут быть либо электронами, либо позитронами (β- или β+), несущими отрицательный или положительный заряд соответственно. Кинетическая энергия бета-частиц имеет непрерывный спектр.

Бета-минус-распад

Если в ядре имеется избыток нейтронов, нейтрон претерпевает следующее превращение: n --> p + β- + ν_e*, то есть нейтрон превращается в протон с испусканием бета-минус-частицы (электрона) и антинейтрино. Антинейтрино не имеет ни массы покоя, ни электрического заряда и практически не взаимодействует с веществом.

У изотопов, претерпевающих β--распад, каждое ядро испускает электрон и антинейтрино. Массовое число остаётся неизменным, но атомный номер увеличивается на единицу.

В природе существует множество примеров источников бета-минус-излучения, таких как 14C, 40K, 3H, 60Co и др. Важным примером в рентгенологии является распад кобальта-60: 60Co --> 60Ni + β- + ν*.

Другим примером является йод-131, который претерпевает бета-минус-распад с образованием ксенона-131 с увеличением атомного номера на 1 при сохранении того же массового числа.

Бета-излучение можно остановить слоем бумаги толщиной 1,25 см или тонким листом плексигласа (Perspex) или алюминия. Однако материалы с высоким атомным номером, такие как свинец или вольфрам, неэффективны для защиты от бета-излучения, поскольку может возникать вторичное излучение. Например, вольфрамовый анод используется в рентгеновских трубках для получения рентгеновского излучения из пучков электронов высокой энергии.

Бета-плюс-распад

Если число нейтронов в нестабильном ядре меньше числа протонов, протон претерпевает следующее превращение: p --> n + β+ + ν_e, то есть протон превращается в нейтрон с испусканием позитрона (β+ или бета-плюс-частицы) и нейтрино. Подобно антинейтрино, нейтрино не имеет электрического заряда и массы покоя.

В случае β+-распада каждое распадающееся ядро испускает позитрон и нейтрино, при этом его атомный номер уменьшается на единицу, а массовое число остается неизменным.

В присутствии вещества позитрон существует недолго. Он объединяется с электроном и претерпевает аннигиляцию. В результате аннигиляции массы обеих частиц переходят в электромагнитную энергию, которая выделяется в виде двух гамма-квантов с энергией 511 кэВ, испускаемых практически в противоположных направлениях.

В природе позитронных излучателей не существует. Их получают в ядерных реакциях. Наиболее важными позитронными излучателями в медицине являются 11C, 15O, 18F, 30P и др.

Например, фтор-18 распадается на кислород-18 с испусканием позитрона. Это приводит к уменьшению атомного номера на 1 при сохранении того же массового числа.

Электронный захват

Электронный захват конкурирует с бета-плюс-распадом (т. е. в ядрах со слишком малым числом нейтронов). Вместо превращения протона в нейтрон с испусканием бета-частицы вместе с нейтрино протон захватывает электрон с K-оболочки: p + e --> n + ν.

Энергия испускаемых бета-частиц составляет около 3 MeV, а их скорость приблизительно соответствует скорости света.

Бета-частицы могут проникать в вещество. Они теряют энергию при столкновениях с атомами. В действительности в этом участвуют два процесса:

• бета-частица передает небольшую часть своей энергии атому, с которым произошло столкновение

• бета-частица отклоняется от своей первоначальной траектории при каждом столкновении, и, поскольку изменение скорости приводит к испусканию электромагнитного излучения, часть энергии теряется в виде низкоэнергетического рентгеновского излучения (тормозное излучение)

К основным радионуклидам, претерпевающим электронный захват, относятся 123I, 67Ga, 201Th и 111In. Эти радионуклиды можно запомнить с помощью мнемоники «1,2,3 GIT In!»

Например, йод-123 претерпевает электронный захват с образованием теллура-123 в возбуждённом состоянии.

История и этимология

Enrico Fermi впервые теоретически описал бета-распад в 1933 году. В том же году он написал свою знаменитую работу «Tentativo di una teoria dell'emissione dei raggi beta», в которой превратил качественную гипотезу Pauli в количественную теорию. В статье, опубликованной в журналах «Nuovo Cimento» и «Zeitschrift für Physik», Enrico Fermi сформулировал существование нового фундаментального взаимодействия: слабого взаимодействия.

См. также

• альфа-распад

• гамма-распад