Hispanopedia Wiki
Una partícula beta , también llamada rayo beta o radiación beta (símbolo β ), es un electrón o positrón de alta energía y alta velocidad emitido por la desintegración radiactiva de un núcleo atómico , conocida como desintegración beta . Existen dos formas de desintegración beta: la desintegración β⁻ y la desintegración β⁺ , que producen electrones y positrones, respectivamente. [ 2 ]
Las partículas beta con una energía de 0,5 MeV tienen un alcance de aproximadamente un metro en el aire y no pueden atravesar la ropa ni las láminas metálicas delgadas; la distancia depende de la energía de la partícula y de la densidad y composición del aire.
Las partículas beta son un tipo de radiación ionizante y, a efectos de protección radiológica , se consideran más ionizantes que los rayos gamma , pero menos que las partículas alfa . Cuanto mayor es el efecto ionizante, mayor es el daño al tejido vivo, pero también menor es el poder de penetración de la radiación a través de la materia. El efecto ionizante de una partícula beta se produce cuando la partícula expulsa electrones de sus capas mediante la fuerza electrostática o la transferencia de energía de la partícula beta al electrón por colisión. Producen aproximadamente 100 pares de iones por cm³ en el aire, lo que significa un ion más un electrón liberado.
modos de desintegración beta
Desintegración β − (emisión de electrones)
Un núcleo atómico inestable con un exceso de neutrones puede sufrir una desintegración β − , en la que un neutrón se convierte en un protón , un electrón y un antineutrino electrónico (la antipartícula del neutrino ):
- n → p + e −+ νmi
Este proceso está mediado por la interacción débil . El neutrón se transforma en un protón mediante la emisión de un bosón W⁻ virtual . A nivel de quarks , la emisión de W⁻ convierte un quark abajo en un quark arriba, transformando un neutrón (un quark arriba y dos quarks abajo) en un protón (dos quarks arriba y un quark abajo). El bosón W⁻ virtual se desintegra entonces en un electrón y un antineutrino.
La desintegración beta es frecuente entre los subproductos de fisión ricos en neutrones que se generan en los reactores nucleares . Los neutrones libres también se desintegran mediante este proceso. Ambos procesos contribuyen a las grandes cantidades de rayos beta y antineutrinos electrónicos que producen las barras de combustible de los reactores de fisión.
Desintegración β + (emisión de positrones)
Los núcleos atómicos inestables con un exceso de protones pueden sufrir una desintegración β + , también llamada desintegración positrónica, en la que un protón se convierte en un neutrón, un positrón y un neutrino electrónico :
- p → n + e ++ νmi
La desintegración beta positiva solo puede ocurrir dentro de los núcleos cuando el valor absoluto de la energía de enlace del núcleo hijo es mayor que el del núcleo padre, es decir, el núcleo hijo se encuentra en un estado de menor energía.
Esquemas de desintegración beta
El diagrama de desintegración adjunto muestra la desintegración beta del cesio-137 . El ¹³⁷Cs se caracteriza por un pico gamma a 661 keV, pero este es emitido en realidad por el radionúclido hijo ¹³⁷mBa . El diagrama muestra el tipo y la energía de la radiación emitida, su abundancia relativa y los nucleidos hijos tras la desintegración.
El fósforo-32 es un emisor beta ampliamente utilizado en medicina. Tiene una vida media corta de 14,29 días [ 3 ] y se desintegra en azufre-32 por desintegración beta como se muestra en esta ecuación nuclear:
Se liberan 1,709 MeV de energía durante la desintegración. [ 3 ] La energía cinética del electrón varía con un promedio de aproximadamente 0,5 MeV y el resto de la energía es transportada por el antineutrino electrónico casi indetectable . En comparación con otros nucleidos emisores de radiación beta, el electrón es moderadamente energético. Es bloqueado por alrededor de 1 m de aire o 5 mm de vidrio acrílico .
Interacción con otra materia
De los tres tipos comunes de radiación emitida por materiales radiactivos ( alfa , beta y gamma) , la beta tiene un poder de penetración y de ionización intermedios. Si bien las partículas beta emitidas por diferentes materiales radiactivos varían en energía, la mayoría de ellas pueden ser detenidas por unos pocos milímetros de aluminio . Sin embargo, esto no significa que los isótopos emisores de beta puedan ser completamente blindados por blindajes tan delgados: al desacelerarse en la materia, los electrones beta emiten rayos gamma secundarios, que son más penetrantes que las propias partículas beta. Los blindajes compuestos de materiales con menor peso atómico generan rayos gamma de menor energía, lo que los hace algo más efectivos por unidad de masa que los fabricados con átomos más grandes, como el plomo.
Al estar compuesta por partículas cargadas, la radiación beta es más ionizante que la radiación gamma. Al atravesar la materia, una partícula beta se desacelera por interacciones electromagnéticas y puede emitir rayos X de frenado .
En el agua, la radiación beta de muchos productos de fisión nuclear suele superar la velocidad de la luz en ese material (que es aproximadamente el 75 % de la de la luz en el vacío) [ 4 ] , y por lo tanto genera radiación Cherenkov azul al atravesar el agua. De este modo, la intensa radiación beta de las barras de combustible de los reactores de piscina puede visualizarse a través del agua transparente que cubre y protege el reactor (véase la ilustración de la derecha).
Detección y medición
Los efectos de ionización o excitación de las partículas beta sobre la materia constituyen los procesos fundamentales mediante los cuales los instrumentos de detección radiométrica detectan y miden la radiación beta. La ionización de gases se utiliza en cámaras de ionización y contadores Geiger-Müller , y la excitación de centelleadores se emplea en contadores de centelleo . La siguiente tabla muestra las magnitudes de radiación en unidades del SI y unidades no pertenecientes al SI:
- El gray (Gy) es la unidad del SI de dosis absorbida , que representa la cantidad de energía de radiación depositada en el material irradiado. Para la radiación beta, esta unidad es numéricamente igual a la dosis equivalente medida por el sievert , que indica el efecto biológico estocástico de bajos niveles de radiación en el tejido humano. El factor de conversión de ponderación de la radiación, de dosis absorbida a dosis equivalente, es 1 para la radiación beta, mientras que las partículas alfa tienen un factor de 20, lo que refleja su mayor efecto ionizante en el tejido.
- El rad es la unidad CGS obsoleta para la dosis absorbida y el rem es la unidad CGS obsoleta de dosis equivalente, utilizada principalmente en los EE. UU.
Espectroscopia beta
La energía contenida en las partículas beta individuales se mide mediante espectrometría beta ; el estudio de la distribución de energías obtenida como un espectro se denomina espectroscopia beta . La determinación de esta energía se realiza midiendo la cantidad de desviación de la trayectoria del electrón bajo un campo magnético. [ 5 ]
Aplicaciones
Las partículas beta pueden utilizarse para tratar afecciones como el cáncer de ojo y de hueso , y también como trazadores. El estroncio-90 es el material más utilizado para producir partículas beta.
Las partículas beta también se utilizan en el control de calidad para comprobar el grosor de un artículo, como el papel , que pasa por un sistema de rodillos. Parte de la radiación beta se absorbe al atravesar el producto. Si el producto es demasiado grueso o demasiado delgado, se absorberá una cantidad de radiación proporcionalmente diferente. Un programa informático que monitoriza la calidad del papel fabricado ajusta entonces el grosor de los rodillos para modificar el producto final.
Un dispositivo de iluminación llamado luz beta contiene tritio y fósforo . Al desintegrarse , el tritio emite partículas beta que impactan el fósforo, provocando que este emita fotones , de forma similar al tubo de rayos catódicos de un televisor. La iluminación no requiere energía externa y se mantiene mientras exista el tritio (y el fósforo no sufra cambios químicos); la cantidad de luz producida se reduce a la mitad de su valor original en 12,32 años, la vida media del tritio.
La desintegración beta positiva (o positrón ) de un isótopo trazador radiactivo es la fuente de los positrones utilizados en la tomografía por emisión de positrones (PET ).
Historia
Henri Becquerel , mientras experimentaba con la fluorescencia , descubrió accidentalmente que el uranio exponía una placa fotográfica , envuelta en papel negro, a una radiación desconocida que no se podía apagar como los rayos X.
Ernest Rutherford continuó con estos experimentos y descubrió dos tipos diferentes de radiación:
- Partículas alfa que no aparecieron en las placas de Becquerel porque fueron fácilmente absorbidas por el papel de envoltura negro.
- Las partículas beta son 100 veces más penetrantes que las partículas alfa.
Publicó sus resultados en 1899. [ 6 ]
En 1900, Becquerel midió la relación masa-carga ( m / e ) de las partículas beta mediante el método de J.J. Thomson, utilizado para estudiar los rayos catódicos e identificar el electrón. Descubrió que la relación e / m de una partícula beta es la misma que la del electrón de Thomson, y por lo tanto sugirió que la partícula beta es, de hecho, un electrón.
En 1948, la pareja formada por Maurice Goldhaber y Gertrude Scharff Goldhaber ideó un experimento para confirmar aún más que la partícula beta es idéntica al electrón, basándose en el principio de exclusión de Pauli . Dispararon un haz de partículas beta contra una muestra de plomo. Si las partículas beta fueran diferentes de los electrones, compartirían órbitas y emitirían rayos X de una frecuencia específica al caer en cascada a órbitas inferiores. Esta emisión no se produjo, lo que significa que las partículas beta no pueden compartir órbitas debido al principio de exclusión entre partículas idénticas. [ 7 ]
Salud
Las partículas beta penetran moderadamente en los tejidos vivos y pueden causar mutaciones espontáneas en el ADN .
Las fuentes beta pueden utilizarse en radioterapia para destruir células cancerosas.
Véase también
Referencias
- ↑ "Conceptos básicos sobre radiación" . Comisión Reguladora Nuclear de los Estados Unidos. 2 de octubre de 2017.
- ↑ Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley (9 de agosto de 2000). "Desintegración beta" . Tabla mural nuclear . Departamento de Energía de los Estados Unidos . Archivado del original el 3 de marzo de 2016. Recuperado el 17 de enero de 2016 .
- 1 2 "Fósforo-32" (PDF) . nucleide.org . Laboratoire Nationale Henri Becquerel. Archivado (PDF) del original el 09-10-2022 . Recuperado el 28 de junio de 2022 .
- ↑ La velocidad macroscópica de la luz en el agua es el 75% de la velocidad de la luz en el vacío (llamada c ). La partícula beta se mueve más rápido que 0,75 c, pero no más rápido que c.
- ↑ Boeglin, Werner. "4. Espectroscopia Beta: documentación de experimentos de laboratorio modernos" . wanda.fiu.edu .
- ↑ E. Rutherford (8 de mayo de 2009) [Artículo publicado por Rutherford en 1899]. "Radiación de uranio y la conducción eléctrica producida por ella" . Philosophical Magazine . 47 (284): 109–163 . doi : 10.1080/14786449908621245 .
- ↑ Perkowitz, Sidney P (28 de marzo de 2023). "Explorando el mundo nuclear: la vida y la ciencia de Gertrude Scharff-Goldhaber" . Physics World . Consultado el 19 de mayo de 2026 .
Lecturas adicionales
- Radiactividad y rayos alfa, beta, gamma y X
- Rayos y partículas : Conferencia de la Universidad de Virginia
- Historia de la radiación. Archivado el 6 de mayo de 2017 en la Wayback Machine de la Universidad Estatal de Idaho.
- Información básica sobre ciencia nuclear archivada el 5 de diciembre de 2006 en la Wayback Machine del Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley.
- Radiación ionizante
- Radioactividad