De Betaverfall (ok β-Verfall ) is en Oort vun de Radioaktivitat . Dorbi entsteiht Betastrahlen (ok β-Strahlen ), de to de Ioniseeren Strahlen tellt. En radioaktiv Nuklid , dat β-Strahlen utsennt, warrt as Betastrahler betekent.

Disse Deelkenstrahlen besteiht bi de fakeneren β ^? -Strahlen ut Elektronen . Rorer is de β ⁺ -Strahlen , de in’n Gegensatz dorto ut Positronen besteiht. De Naam kummt vun de Indelen vun Ioniseeren Strahlen in Alpha -, Beta- un Gammastrahlen na jemehr anstiegen Vermogen, dor Materie dortogahn.

De utstrahlten Deelken hebbt in’n Gegensatz to de Alphastrahlen keen sunnere ( diskrete ) kineetsche Energie , man jemehr Energien sund twuschen Null un en Hoochstweert verdeelt, de for jeden Karn, de verfallt, tyypisch is. De Grund dorfor is de Opdellen vun de freesette Verfallsenergie op dat Betadeelken un en Neutrino , dat bi den Verfall ok tuugt warrt. De tyypsche Hoochstenergie vun Betastrahlen liggt in de Grott vun een MeV .

Tostannenkamen [ annern | Bornkood annern ]

Betaverfall vun Atomkarns [ annern | Bornkood annern ]

De Betaverfall is en radioaktiven Verfallstyyp vun en Atomkarn . Bi dissen Vorgang warrt en Betadeelken mit veel Energie ? en Elektron oder en Positron ? ut’n Karn utsennt. To glieken Tiet entsteiht ok en Antineutrino oder en Neutrino . In de Anfangstiet vun de Karnphysik hett de Beobachten vun Beta-Elektronen to den verkehrten Sluss fohrt, dat Elektronen Bestanddelen vun’n Atomkarn sund. Man, in Wohrheit warrt de beiden afstrahlten Deelken aver eerst to de Tiet vun’t Umwanneln tuugt. En W-Boson vermiddelt de swacke Wesselwirken un lost de Umwanneln vun en d-Quark (oder u-Quark) in en u-Quark (oder d-Quark) binnen en Neutron (oder en Proton ) ut. Bi disse Umwanneln warrt ut dat Neutron en Proton (oder anners rum). Wiel dat umwannelte Quark as Bestanddeel vun’t umwannelte Nukleon sien Rull bibehollt, warrt dat Antineutrino (oder Neutrino) un dat Elektron (oder Positron) ut’n Karn utstott.

De Betaverfall warrt also na de Oort vun’t Betadeelken unnerscheedt, dat dorbi utstrahlt warrt. Sund dat Elektronen, is dat en Beta-Minus-Verfall (β ^? ) un bi Positronen en Beta-Plus-Verfall (β ⁺ ).

Nukliden, de’n Overschuss an Neutronen bargt, verfallt over den β ^? -Vorgang, bi den en Neutron in’n Karn in en Proton wannelt warrt. Dat Elektron un ok dat Antineutrino neiht ut’n Karn ut, vun wegen dat se as Leptonen nich vun de starken Wesselwirken bedrapen sund. As dat in’n Karn na den Verfall en Neutron weniger, dorfor aver en Proton mehr gifft, blifft de Massentall ${\displaystyle A}$ vun’t Nuklid gliek. De Ladung dorgegen nimmt in’n Karn um een to un dormit ok de Atomtall . Dat heet, dat Element geiht over in den hogeren Naver in’t Periodensystem .

In de begangigen Schrievwies steiht de Massentall ${\displaystyle A}$ baven un de Atomtall ${\displaystyle Z}$ unnen links blangen dat Atomteken. Dormit kann man den Betaverfall dor de nafolgen Formel beschrieven:

${\displaystyle {}_{0}^{1}\mathrm {n} \to {}_{1}^{1}\mathrm {p} +\mathrm {e} ^{-}+{\overline {\nu }}_{e}}$ .

Wenn X dat Mudder- un Y dat Dochternuklid betekent, denn gellt for den β ^? -Verfall allgemeen:

${\displaystyle {}_{Z}^{A}\mathrm {X} \to {}_{Z+1}^{A}\mathrm {Y} +\mathrm {e} ^{-}\mathrm {+} {\overline {\nu }}_{e}}$ .

En tyypschen β ^? -Strahler is to’n Bispeel ¹⁹⁸ Au . De Umwanneln sutt as Formel in den Fall so ut:

${\displaystyle {}_{79}^{198}\mathrm {Au} \to {}_{80}^{198}\mathrm {Hg} +\mathrm {e} ^{-}+{\overline {\nu }}_{e}}$.

De β ⁺ -Verfall kummt bi Nukliden vor, de veel Protonen bargt. Dorbi warrt en Proton vun’n Karn in en Neutron umwannelt, wo bi en Positron un en Elektron-Neutrino afstrahlt warrt. As bi’n β ^? -Verfall blifft ok hier de Massentall gliek, man de Atomtall warrt um een lutter. Dat heet, dat dat Element sik in den deeperen Naver in’t Periodensystem wannelt.

As Formel geiht de Umwanneln as folgt vor sik:

${\displaystyle {}_{1}^{1}\mathrm {p} \to {}_{0}^{1}\mathrm {n} +\mathrm {e} ^{+}+\nu _{e}}$ .

Allgemeen kann de β ⁺ -Verfall mit de glieken Beteken as baven beschreven warrn as:

${\displaystyle {}_{Z}^{A}\mathrm {X} \to {}_{Z-1}^{A}\mathrm {Y} +\mathrm {e} ^{+}+\nu _{e}}$ .

Dat an’n fakensten vorkamen primordiale Nuklid , bi dat (unner annern) en β ⁺ -Verfall vorkummt, is Kalium-40 ( ⁴⁰ K ). For dit Bispeel heet de formel:

${\displaystyle {}_{19}^{40}\mathrm {K} \to {}_{18}^{40}\mathrm {Ar} +\mathrm {e} ^{+}+\nu _{e}}$.

En annern Vorgang, de mit den β ⁺ -Verfall in Kunkurrenz steiht is de so noomte Elektroneninfang , de ok ε schreven warrt. Bi den Vorgang wannelt sik en Proton in’n Karn dor dat Infangen vun en Elektron ut de binneren Atomhull. Ok dorbi warrt dorut en Neutron un en Neutrino warrt afstrahlt. Vorkamen deit dat vor allen denn, wenn de Umwannelenergie, de free warrt, lutt is.

Verfall vun’n free Neutron [ annern | Bornkood annern ]

Ok en free Neutron kann en Betaverfall hebben. Dorbi wannelt sik dat in en Proton, en Antineutrino un en Elektron um, dat as Betastrahlen anwiest warrn kann. De Formel for den Verfall is dorum:

${\displaystyle {\hbox{n}}\to {\hbox{p}}+{\hbox{e}}^{-}+{\overline {\nu }}_{\mathrm {e} }}$.

De Verfallswohrschienlichkeit is teemlich lutt: en free Neutron hett en Levensduer vun ruchweg 885,7 Sekunnen, Disse Verfall speelt op de Eer in de Natur keen bedudene Rull, vun wegen dat fre’e Neutronen veel gauer dor en Atomkarn infungen warrt.

Wesselwirken mit Materie [ annern | Bornkood annern ]

Wenn Betadeelken in en Material ringaht, warrt Energie op dat Material overdragen un en Ionisatschoon finnt in de Neeg de Bavenflach statt, wat dor de Indringdeep beschreven warrt.

Bioloogsch Wirken [ annern | Bornkood annern ]

Wenn de minschliche Lief vun Betastrahlen drapen warrt, warrt blots Huutschichten angrepen. Man in de Huut kann dat dordor to bannige Verbrennen kamen, wat laterhen to Huutkrebs fohren kann. Wenn de Ogen vun de Strahlen drapen warrt, kunnt de Linsen droov warrn.

Groten Schaden kann enstahn, wenn Betastrahlers in den Lief opnahmen ( inkorporeert ) warrt. Dat hett in de Neeg vun den Strahler hoge Strahlenbelasten as Naklapp. Akkerate Berichten gifft dat vun Schilddrusenkrebs as Naklapp vun radioaktiven Jod -131 ( ¹³¹ I), dat sik in de Schilddruus ansammelt. In de Literatur sund ok Vermoden dorover to finnen, dat Strontium -90 ( ⁹⁰ Sr) to Knakenkrebs un Leukamie fohren kann, vun wegen dat sik Strontium just so as Calcium in de Knaken anriekert.

Strahlenschuul [ annern | Bornkood annern ]

Betastrahlen latt sik mit en Absorber vun eenige Millimeter Dick (to’n Bispeel Aluminiumblick ) goot afschirmen . En Deel vun de Energie warrt dorbi aver in Rontgen-Bremsstrahlen umwannelt. Um disse Vorgang mooglichst lutt to hollen, schull dat Afschirmmaterial mooglichst lichte Atomen opwiesen, d. h. de Atomtall schull mooglichst lutt wesen. Dorachter kann en Swoormetall as tweeten Absorberbruukt warrn, de de Bremsstrahlen afschirmt.

Materialafhangige Hoochstreckwiet for β-Deelken

Nuklid	Energie	Luft	Plexiglas	Glas
3 H	19 keV	8 cm	?	?
14 C	156 keV	65 cm	?	?
35 S	167 keV	70 cm	?	?
131 I	600 keV	250 cm	2,6 mm	?
32 P	1,710 MeV	710 cm	7,2 mm	4 mm

For Betastrahlers kann een grottste Reckwieden defineeren, de vun’t Material afhangig sund. β-Deelken geevt neemlich jemehr Energie just so as Alphadeelken in vele enkelte Stoten an Atomelektronen af. De Strahlen warrt also nich exponentiell swacker as Gammastrahlen. Ut dit Weten kann de Utwahl vun Materialen to’n Afschirmen bestimmt warrn. For eenige β-Strahlers, de in de Forschung begang sund, staht in de Tabell de Reckwieden in Luft, Plexiglas un Glas. Mit en Plexiglasafschirmen vun een Zentimeter kann Betastrahlen seker afschirmt warrn.

Bruuk [ annern | Bornkood annern ]

Betastrahler warrt in de Strahlentherapie bruukt, as to’n Bispeel (z.B. Sr-90, Ru-106) in de Bachytherapie .

De β ⁺ -Strahlers ¹⁸ F, ¹¹ C, ¹³ N un ¹⁵ O warrt as Tracer bi de Positronen-Emisschoons-Tomografie insett. Utweert warrt dorbi de Strahlen, de dor Poorvernichten tuugt warrt.

Blangen Rontgen - un Gammastrahlen warrt ok Betastrahlen for de Sterilisatschoon dor Bestrahlen nutt.

Historie vun’t Utforschen [ annern | Bornkood annern ]

Ernest Rutherford un Frederick Soddy hebbt 1903 en Hypothees opstellt, na de de Radioaktivitat , de al 1896 vun Antoine Henri Becquerel opdeckt weer, mit de Umwanneln vun cheemsche Elementen verknutt weer. De Betaverfall weer dorna as Born for de Betastrahlen utmaakt. Dorvun utgahn hebbt Kasimir Fajans un Soddy 1913 de so noomten radioaktiven Schuuvsatz formuleert, mit de de naturlichen Verfallsregen dor openannerfolgen Alpha- un Betaverfallen verklort warrn kunnt.

1911 hebbt Lise Meitner un Otto Hahn , dat de Energien vun de afstrahlten Elektronen over en kontinuierlich Spektrum verdeelt sund. As aver de bi’n Verfall freesette Energie kunstant is, weer an sik en diskret Spektrum vermoodt worrn, as dat ok bi’n Alphaverfall beobacht warrt. Um de schienbore Nichwohren vun de Energie (un ok dat Afwieken vun de Impuls- un Dreihimpulswohren ) to verkloren, hett Wolfgang Pauli 1930 in en Breef de Bedeeligen vun en neutral, duchtig licht Elementardeelken an’n Verfall vorslahn, for dat he de Beteken ?Neutron“ wahlt harr. Enrico Fermi hett den Naam 1931 in Neutrino annert, as lutte Form vun dat tietgliek opdeckte aver duutlich sworere Neutron.

Dat Betadeelken atomare Elektronen sund, hebbt 1948 Maurice Goldhaber un Gertrude Scharff-Goldhaber nawiest. ^[1] De eerste experimentelle Nawies vun’t Neutrino hett eerst 1956 dor Clyde L. Cowan un Frederick Reines an een vun de eersten groten Karnreakters stattfunnen.

De β ⁺ -Verfall is 1934 vun Irene un Frederic Joliot-Curie opdeckt worrn.

In’t Johr 1956 hett Chien-Shiung Wu in sien Experiment de Nichinhollen vun de Paritat vun’n Betaverfall nawiest, de kort dorfor vun Tsung-Dao Lee un Chen Ning Yang postuleert weer.

Kunstliche Elektronenstrahlen [ annern | Bornkood annern ]

Af un to warrt ok fre’e Elektronen, de kunstlich (to’n Bispeel dor en Gleihkathood ) tuugt un in en Gaumaker op hoge Energie brocht warrt as Betastrahlen betekent, wat aver nich akkerat is. Ok de Naam vun’t Elektronengaumaker-Tyyp Betatron wiest dorop hen.

Kiek ok [ annern | Bornkood annern ]

• Duppelt Betaverfall

Literatur [ annern | Bornkood annern ]

• Werner Stolz: Radioaktivitat. Grundlagen ? Messung ? Anwendungen . Teubner, 5. Oplaag 2005, ISBN 3-519-53022-8
• Theo Mayer-Kuckuk: Kernphysik . Teubner, 6. Opl. 1994, ISBN 3-519-03223-6
• Klaus Bethge: Kernphysik . Springer 1996, ISBN 3-540-61236-X
• Jean-Louis Basdevant, James Rich, Michael Spiro: Fundamentals in Nuclear Physics: From Nuclear Structure to Cosmology . Springer 2005, ISBN 0-387-01672-4
• Milorad Mlađenovi?: The History of Early Nuclear Physics (1896?1931) . World Scientific 1992, ISBN 981-02-0807-3
• Hanno Krieger: Grundlagen der Strahlungsphysik und des Strahlenschutzes . Vieweg+Teubner 2007, ISBN 978-3-8351-0199-9
• Claus Grupen: Grundkurs Strahlenschutz. Praxiswissen fur den Umgang mit radioaktiven Stoffen . Springer 2003, ISBN 3-540-00827-6
• James E Martin: Physics for Radiation Protection . Wiley 2006, ISBN 0-471-35373-6
• Gunter Goretzki: Medizinische Strahlenkunde. Physikalisch-technische Grundlagen . Urban&Fischer 2004, ISBN 3-437-47200-3
• Thomas Herrmann, Michael Baumann, Wolfgang Dorr: Klinische Strahlenbiologie ? kurz und bundig . Urban&Fischer Februar 2006, ISBN 3-437-23960-0

Borns [ annern | Bornkood annern ]

1. ↑ Phys. Rev. 73 (1948) 1472

Weblenken [ annern | Bornkood annern ]

• Strahlenschuulverorden bi’t Bundsministerium for Umwelt, Naturschuul un Reaktersekerheit (PDF; 408 KB)
• Dat ?Glossar Strahlenschuul“ vun’t Forschungszentrum Julich mit tallrieke Begreepsverkloren un Definitschonen to de Strahlen, Strahlenmeten un Expositschoon/ Dosimetrie