Beetasäteily

Radioaktiiviset prosessit

Radioaktiiviset prosessit:

• Alfahajoaminen
  • Alfasäteily
• Beetahajoaminen
  • Beetasäteily
• Elektronisieppaus
• Gammasäteily
• Sisäinen konversio
• Neutroniemissio
• Positroniemissio
• Protoniemissio
• Spontaani fissio

Ydinsynteesi

• Neutronin sieppaus
  • R-prosessi
  • S-prosessi
• Protonin sieppaus:
  • P-prosessi

Beetasäteily on radioaktiivisen hajoamisen seurauksena syntyvää hiukkassäteilyä, jossa atomin ytimestä poistuu eli emittoituu beetahiukkanen. Beetahiukkaset ovat joko elektroneja tai positroneja. Elektronin poistuessa kyseessä on beeta miinus (β⁻) -säteily, kun positronin poistuessa puhutaan beeta plus (β⁺) -säteilystä (positroniemissio).

Säteilyn synty

Pääartikkeli: Beetahajoaminen

Beetasäteily

β⁻-hajoamisessa heikko vuorovaikutus muuntaa neutronin protoniksi ja lähettää ytimestä elektronin ja anti-neutriinon:

$\mathrm {n} \rightarrow \mathrm {p} +\mathrm {e} ^{-}+{\bar {\nu }}_{e}.$

β⁺-hajoamisessa protoni muuntuu neutroniksi ja lähettää ytimestä positronin ja neutriinon:

$\mathrm {p} \rightarrow \mathrm {n} +\mathrm {e} ^{+}+{\nu }_{e}.$

Jos protoni ja neutroni ovat osa atomin ydintä, muuttavat nämä prosessit kemiallisen alkuaineen toiseksi. Esimerkiksi:

$\mathrm {{}^{1}{}_{55}^{37}Cs} \rightarrow \mathrm {{}^{1}{}_{56}^{37}Ba} +\mathrm {e} ^{-}+{\bar {\nu }}_{e}$ (β⁻- säteily)

$\mathrm {~_{11}^{22}Na} \rightarrow \mathrm {~_{10}^{22}Ne} +\mathrm {e} ^{+}+{\nu }_{e}$ (β⁺- säteily)

Jokainen neutroni, joka ei ole sitoutunut atomiytimeen β-hajoaa noin 15 minuutin puoliintumisajalla.

Säteilyn luonne

Beetasäteily on voimakkaasti ionisoivaa säteilyä kuten alfa- ja gammasäteilykin. Beetasäteily muuttaa suuntaansa ulkoisessa magneettikentässä, minkä perusteella pääteltiin, että tämäntyyppinen säteily koostuu varatuista hiukkasista. Beetasäteily läpäisee väliainetta hieman alfasäteilyä paremmin, mutta huomattavasti gammasäteilyä huonommin.

Beetasäteily vaimenee väliaineessa kun elektronit, joista säteily koostuu, menettävät liike-energiaansa, pääasiassa sirotessaan väliaineen elektroneista ja ytimistä. Pääosa hidastumisesta tapahtuu säteilyn vuorovaikutteessa aineen elektronien kanssa. Hidastuminen on vaihtelevaa, paljon sirontaa aiheuttavaa ja voi olla äärimmäisen voimakastakin johtuen säteilyn ja väliaineen elektronien samansuuruisesta massasta. Tämän vuoksi beetasäteilylle on tyypillistä, että hiukkasten rata on voimakkaasti kimpoileva ja vaimenemiseen vaikuttaa merkittävästi sattuma.

Väliaineeseen osuva beetasäteily voi tuottaa röntgensäteilynä havaittavaa jarrutussäteilyä.

Historia

Heliumytimistä koostuvan alfasäteilyn pysäyttää paperiarkki, elektroneista koostuvan beetasäteilyn alumiinilevy ja gammasäteily vaimenee väliaineessa.

Kun ranskalainen fyysikko Henri Becquerel huomasi radioaktiivisuuden 1896, ei hän aavistanut että ilmiön aiheuttama säteily koostuu sekä energiasta että hiukkasista. Toinen tutkija, Ernest Rutherford, aloitti pian tutkimukset säteilyn luonteen selvittämiseksi ja keksi ydinsäteilyn kolme päälajia: alfa- beeta- ja gammasäteilyn. 1900-luvulle mennessä oli selvinnyt, että beetasäteily koostui itse asiassa elektroneista.

Tärkeitä lähteitä

Tärkeitä beetasäteilyn lähteitä ovat radioaktiiviset isotoopit:

• Kalium-40
• Koboltti-60
• Strontium-90
• Cesium-137
• Tritium