Betastråling – Fysikleksikon - Niels Bohr Institutet - Københavns Universitet

Videresend til en ven Resize Print Bookmark and Share

Fysikleksikon > B > Betastråling

14. marts 2002

Betastråling

Grundbeskrivelse

β-stråling er en af tre typer af radioaktiv stråling, vi normalt ser i naturen omkring os: α-stråling, β-stråling og γ-stråling.

Både tunge og relativt lette grundstoffer kan henfalde til et andet grundstof ved at udsende en β-partikel, hvilket kan ske på to måder. Atomer består af en kerne af protoner og neutroner med en sky af elektroner rundt om, som det er beskrevet i Bohrs atommodel.

Ved et betahenfald af radioaktivt cæsium-137 (\(^{137}_{55}\)Cs))udsendes der en elektron og en antineutrino. Det sker ikke direkte, men starter med en omdannelse inde i en af atomkernens neutroner (vist som blå), som består af en up-kvark og to down-kvarker. Den ene down-kvark bliver til en up-kvark og udsender en W-partikel. Herved omdannes neutronen til en proton (vist som rød). Det er W-partiklen, der udenfor kernen deler sig i en elektron og en antineutrino. I kernen er der nu en neutron mindre og en proton mere, så der er dannet et nyt grundstof, barium-137  (\(^{137}_{56}\)Ba) med samme masse men med én højere kerneladning.

Første måde det kan ske på er, at en neutron bliver omdannet til en proton, ved udsendelse af en elektron. Den anden måde er ved, at en proton bliver omdannet til en neutron ved udsendelse af en positron (også kaldet antielektron).

β-stråling er altså elektroner eller positroner udsendt fra atomkerner med høj hastighed. Cæsium-137 er et eksempel på et grundstof, der udsender betastråling. Ved at udsende en elektron bliver Cæsium-137 til Barium-137. Antallet af kernepartikler, 137, er det samme, da en neutron er blevet omdannet til en protron, der stadig tæller med i det samlede antal af kernepartikler.

β-partiklen bliver udsendt med energier, der kan give den hastigheder op mod lysets hastighed, og partiklen bevæger sig typisk 10 gange så langt som en α-partikel. Det giver en rækkevidde for β-stråling i luft på op til tre meter, mens det kan stoppes helt af nogle få millimeter metal.

β-stråling kan godt være farlig selv uden for kroppen, selvom strålingen normalt kun bevæger sig et par millimeter ind i kroppen.

Uddybende beskrivelse

Betahenfald opstår, når en atomkerne ændres af et henfald via den svage kernekraft. Der er to forskellige processer som begge til dagligt kaldes betastråling, \(\beta^-\) og \(\beta^+\)-henfald.
\[n \rightarrow p + e^- + \bar \nu_e  \mathrm{(betapartiklerne~er~elektroner~}  e^- \mathrm{,~såkaldte~} \beta^- \mathrm{-partikler)} \] \[p \rightarrow n + e^+ + \nu_e   \mathrm{(betapartiklerne~er~positroner}  e^+ \mathrm{,~såkaldte~}\beta⁺\mathrm{-partikler)} \] Herudover betegner n en neutron, p en proton, \(\nu_e\) en neutrino og \(\bar \nu_e\) en antineutrino, dens antipartikel. Hvorvidt en kerne vil undergå \(\beta^+\) eller \(\beta^-\)-henfald, afhænger af, hvad der er mest favorabelt ud fra et energimæssigt synspunkt. Da en neutron er lidt tungere end en proton og positronen også har energi og masse, vil det kræve, at der bliver tilført energi for at en proton henfalder via et \(\beta^+\)-henfald.

Grundstoffet Cæsium er stabilt med 133 nukleoner - protoner og neutroner - i kernen, mens Cæsium-137 ikke er stabil. Da Cæsium-137 er i en højere energitilstand vil den henfalde til en kerne, der har lavere effektiv (målt) masse. I tilfældet med Barium-137 er bindingsenergien lidt mindre end bindingsenergien for Cæsium-137.

Et \(\beta\)-henfald vil altid være til en kerne med lavere masse, da energibevarelse skal gælde.

Studiet af betahenfald var med til at lede fysikere på sporet af opdagelsen af de partikler, der kaldes neutrinoer, da man ellers ikke kunne forklare processen i henfaldet. Neutrinoer havde ikke tidligere været observeret, da de kun vekselvirker svagt med andet stof. Faktisk er sandsynligheden for at de vekselvirker med et stof så lille, at der er milliarder af neutrinoer fra Solen og rummet, der flyver gennem ens tommelfingernegl per sekund uden at en eneste vekselvirker med kroppen.

\(\beta^+\) henfaldet er interessant, da det er en naturlig kilde til antipartikler. Positronerne overlever dog ikke længe, da de vil vekselvirke med det stof, de støder ind i, og fx annihilere med en elektron og blive til stråling, som det er beskrevet under emnet antipartikler.

Ask Emil Løvschall-Jensen