Бета честица

С Википедије, слободне енциклопедије

Бета честице су заправо електрони великих брзина, али за разлику од електрона у електронском омотачу атома, настају из атомског језгра. На слици је приказан бета (минус) распад.
Бета (плус) распад.

Бета честице или β-честица су електрони или позитрони са високом енергијом и брзином, који се емитују из одређених типова радиоактивних атома, као што је на пример калијум-40. Бета честице које се емитују су познате и као бета зраци. Производња бета честица се назива бета распад. Постоје два облика бета распада:β− и β+, који дају на крају позитрон или електрон.[1] Бета честице су врста јонизујућег зрачења, које има довољно енергије да у међуделовању с хемијском материјом јонизује ту материју. У међуделовању с хемијском материјом долази до измене енергије и измене структуре озрачене материје. Такве последице могу бити корисне, али и врло штетне.[2]

Бета-честица је брзи електрон емитован у бета-минус радиоактивном распаду или брзи позитрон емитован у бета-плус радиоактивном распаду. Њена је маса једнака маси електрона, електрични набој може бити позитиван или негативан. Избацивањем бета честица из атомског језгра масени број атома се не мења, а атомски број се промени за један. У бета минус распаду атомски број се повећа за један, а у бета плус распаду атомски број се смањи за један. Рој брзих бета честица чини бета зрачење.[3]

Бета зрачење[уреди | уреди извор]

Знак за опасност од радиоактивности.
Алфа зрачење може зауставити папир; бета-зрачење може зауставити алуминијумски лим дебео неколико милиметара; а већину гама зрачења може зауставити десетак центиметара дебела оловна плоча.[4]
Електронски захват.
Отклон катодних зрака (електрони – плава линија) због утицаја електричног поља (жуто).
Дијаграм прелаза за врсте радиоактивних распада с неутронским бројем N и атомским бројем Z (приказани су α, β±, p+ и n0 емисија, ЕЦ означава електронски захват).
Бета зрачење откривено у магленој комори с изопропанолом (након уметања вештачког извора радијације - стронцијум-90).
Маглена комора с видљивим линијама јонизујућег зрачења (кратке, дебеле: алфа честице; дуге, танке: бета честице).
Време полураспада радиоактивних изотопа или радионуклида. Треба запазити да се теоретска линија за стабилне исотопе Z = N (Z – атомски број и N - неутронски број), раздваја од стварног односа атомског броја и неутрона, што значи да се с повећањем атомског броја, повећава и нестабилност атомских језгри.

Бета зрачење, бета зраци или β зраци је корпускуларно јонизирајуће зрачење које се састоји од роја бета честица, брзих електрона или позитрона избачених из тешких атомских језгара. Пропуштајући радиоактивно зрачење кроз танке листиће алуминијума, Е. Рудерфорд је 1898. утврдио да се могу разликовати две врсте зрачења уранијумових једињења. Зрачење које није могло проћи кроз алуминијумску плочицу дебљине 0,02 mm назвао је алфа зрачењем, а зрачење које је пролазило и кроз дебље плочице назвао је бета зрачењем. Отклоном бета зрачења у електричном и магнетском пољу препозната су многа његова својства (електрични набој, маса и брзина). Брзина је бета честица 0,5 до 0,9 брзине светлости. У међуделовању бета зрачења и хемијске материје долази до измене енергије и измене структуре озрачене материје. Излагање живих организама бета зрачењу штетно је за здравље.[5]

Историја[уреди | уреди извор]

Већ 1900. било је познато да један део радиоактивног зрачења може да скреће у магнетском пољу. Е. Рудерфорд је на основу испитивања пролаза радиоактивних зрака кроз танке листиће алуминијума утврдио да код зрачења уранијумових једињења постоје две врсте зрака. Ону врсту зрака које не могу да прођу кроз алуминијску плочицу дебљине 0,02 мм назвао је алфа-честицама, а ону врсту која је пролазила и кроз дебље слојеве назвао је бета-честицама. Исте године француски научник П. Вилард је открио и трећу врсту радиоактивног зрачења, за коју се утврдило да има велику продорну моћ и да не скреће у магнетском пољу, а назване су гама честицама. На основу скретања у магнетском пољу, утврдено је да алфа честице имају позитивни електрични набој, а бета честице негативан електрични набој.

Године 1908. су Рудерфорд и Х. Гајгер мерењем утврдили да алфа честице имају двоструки електрични набој, а да им је маса једнака четверострукој маси атома водоника. Када алфа честица привуче два електрона, она прелази у атом хелијума. Из тога је Рудерфорд закључио да су алфа честице уствари јони хелијума или само атомска језгра хелијума. За бета честице се утврдило да се у магнетном и електричном пољу понашају исто као и катодни зраци или електрони. То значи да су бета-честице уствари електрони великих брзина, али за разлику од електрона у електронском омотачу атома, настају из атомског језгра.

Бета (минус) и бета (плус) распад[уреди | уреди извор]

Главни чланак: Бета распад

За разлику од алфа распада, код бета распада, при којем атомско језгро зрачи електрон или позитрон, не долази до промене атомске масе, већ се само атомски број повећа или смањи за један или атомска језгра се претвори (трансмутира) у нови хемијски елемент, који је следећи или претходни редни број у периодном систему елемената.[6]

Осим тога, експерименти су показали да електрони који настају приликом бета распада имају различите брзине, од нуле до одређене максималне вредности, а то значи да имају непрекинуту или континуирану расподелу енергије. Сличан непрекинути спектар показује и позитрон, који настаје код бета (плус) распада. Када се говори о бета честицама, онда се мисли и на бета (минус) - честице и бета (плус) – честице.

Будући да, према квантној теорији, атомско језгро има одређене нивое енергије или кванте енергије, онда би и бета честице требале имати одређени ниво или квант енергије, а не непрекинути спектар енергија. Из тога се може закључити да енергија бета честица не настаје због прелаза из једног енергетског нивоа у други. Према томе, бета распад не удовољава закону о очувању енергије, а експеримени су показали да и не задовољава закон о очувању момента количине кретања. Експерименти су довели у сумњу основне законе градње атомског језгра.

Неутрино[уреди | уреди извор]

Главни чланак: Неутрино

V. Паули је дошао до закључка да би требало претпоставити постојање једне нове неутралне честице, која би заједно зрачила с електроном при бета (минус) распаду, чија је маса мања од масе електрона у стању мировања. Ову честицу је Паули назвао неутрино, што на италијанском језику значи нешто што је мало и неутрално. Према овој претпоставци излази да је настала енергија при бета распаду расподељена на електрон и неутрино, тако да би био задовољен закону о очувању енергије. Претпоставка је била и да неутрино односи и спин од 1/2, тако да и укупна вредност момента количине кретања би била једнака 0 или, чиме би био задовољен и закон о очувању момента количине кретања.

На основу претпоставки V. Паулија, Е. Ферми је разрадио теорију бета распада. По њој атомско језгро не садржи слободне електроне и позитроне, већ само протоне и неутроне (нуклеоне). Електрони и позитрони које емитује атомско језгро, настају једино код бета распада, услед претварања неутрона у протоне и протона у неутроне, слично као што у атому нема фотона, него они настају само приликом преласка атома из једног енергетског стања у друго. Могућност настанка бета-честица је условљено стабилношћу атомског језгра. Енергија која настаје приликом бета распада распоредује се на бета честице и електроне, односно позитроне. По тој теорији постоје две врсте неутрина: неутрино и антинеутрино.

Неутрино је откривен тек 1956, а открио га је амерички физичар Клајд Кован, приликом проучавања нуклеарних реакција у нуклеарном реактору. Јапански физичар Х. Јукава са сарадницима је предвидео 1936, да атоми богати протонима у атомском језгру, могу ухватити електрон из прве К-љуске електронског омотача, чиме би се протон променио у неутрон, уз истовремено зрачење неутрина, што се назива електронски захват.[7]

Својства бета честица[уреди | уреди извор]

Брзина бета честица је различита за радиоактивне елементе или радионуклиде, а може износити од 75 000 до 298 000 [[метар|km]]/s, а то значи од 25% до 99% брзине светлости. Највећа брзина је измерена код бета-распада радијума-226 и износи 99% брзине светлости. Како се брзина неких бета честица приближава брзинама светлости, тако им се и маса повећава према посебној теорији релативности. Експерименти су показали да маса електрона постаје све већа, како им се брзина повећава, или да су масе брзих електрона веће од њихових маса у мировању. То је био уједно и доказ посебне теорије релативности.[8]

Енергије бета честица дају непрекинути или континуирани спектар енергија и износе од 0,025 до 3,15 MeV. Постоји и мањи део бета-честица које настају накнадним деловањем у електронском омотачу електрона и оне дају линијски спектар енергије. Истраживања су показала да бета честице имају пуно мању способност јонизације плинова од алфа честица, али су им домети пуно већи, и до неколико метара (алфа-честице имају домет неколико центиметара). Бета честице могу продрети кроз оловни лим дебљине 1 mm, али их алуминијумски лим дебљине 3 mm упија (апсорбује). Код пролаза бета честица кроз неку материју може настати и закочно рендгенско зрачење (нем. bremsstrahlung).

Бета (минус) распад или електронско зрачење (β−)[уреди | уреди извор]

Нестабилна атомска језгра која имају вишак неутрона могу спонтано остварити бета (минус) распад, где се неутрон распада у протон, уз зрачење електрона и антинеутрина (електронски антинеутрино или античестица неутрина):

n → p + e- + νe'

Бета (минус) распад настаје због деловања слабе нуклеарне силе. Тај поступак се обично јавља у нуклеарним реакторима, ако у нуклеарном гориву има нестабилних атомских језгара с вишком неутрона.

Бета (плус) распад или позитронско зрачење (β+)[уреди | уреди извор]

Нестабилна атомска језгра која имају вишак протона могу спонтано остварити бета (плус) распад, где се протон распада у неутрон, уз зрачење позитрона и неутрина (електронски неутрино или античестица неутрина):

p → n + e+ + νe

Бета (плус) распад се може догодити само унутар атомског језгра, којем је нуклеарна енергија везања новонасталог хемијског елемента или изотопа већа од нуклеарне енергије везања хемијског елемента из којег је радиоактивни распад започео.

Галерија[уреди | уреди извор]

Референце[уреди | уреди извор]

  1. ^ Лаwренце Беркелеy Натионал Лабораторy (9. 8. 2000). „Бета Децаy”. Нуцлеар Wалл Цхарт. Унитед Статес Департмент оф Енергy. Архивирано из оригинала 03. 03. 2016. г. Приступљено 17. 1. 2016. 
  2. ^ [1][мртва веза] "Кемија I", цхем.грф.унизг.хр, 2011.
  3. ^ бета-честица, [2] "Хрватска енциклопедија", Лексикографски завод Мирослав Крлежа, www.енциклопедија.хр, 2019.
  4. ^ „Радиатион Басицс”. Унитед Статес Нуцлеар Регулаторy Цом. 2017-10-02. 
  5. ^ Бета-зрачење (β-зраке), [3] "Хрватска енциклопедија", Лексикографски завод Мирослав Крлежа, www.енциклопедија.хр, 2019.
  6. ^ [4] Архивирано 2017-07-31 на сајту Wayback Machine "Од руде до жутог колача", Нуклеарна електрана Кршко, 2011.
  7. ^ [5] Архивирано 2017-02-05 на сајту Wayback Machine "4.1 ФИЗИКА НЕК-а - Фисија", Нуклеарна електрана Кршко, е-школа, 2011.
  8. ^ [6][мртва веза] "Увод у нуклеарну енергетику", Проф. др. сц. Данило Феретић, 2011.

Спољашње везе[уреди | уреди извор]

Бета честица на Викимедијиној остави.
Преузето из „https://sr.wikipedia.org/w/index.php?title=Beta_čestica&oldid=25316058”