貝塔射線

貝塔射線

由于電子的質量比質子、中子要輕得多,當β粒子通過一個電場時,如果那是負電子,其路徑會向正極的方向扭曲。在通過磁場時,如果磁場的方向是由內向外,其粒子會以逆時針方向扭曲,路徑呈弧形。

  • 中文名稱
    β射線
  • 來    源
    放射性原子核發射電子和中微子
  • 輻射防護
    時間,距離,禁止
  • 速    度
    光速的99%
  • 危    害
    引起病變、導致死亡
  • 別    名
    β粒子流

簡介

高速運動的電子流0/-1e,貫穿能力很強,電離作用弱,本來物理世界裏沒有左右之分的,但貝塔射線卻有左右之分。貝塔粒子即β粒子,是指當放射性物質發生β衰變,所釋出的高能量電子,其速度可達至光速的99%。在β衰變過程當中,放射性原子核通過發射電子中微子轉變為另一種核,產物中的電子就被稱為β粒子。在正β衰變中,原子核內一個質子轉變為一個中子,同時釋放一個正電子,在“負β衰變”中,原子核內一個中子轉變為一個質子,同時釋放一個電子,即β粒子。

貝塔射線

與物質的相互作用

電離和激發

電離:β粒子的比電離值比相同能量的α粒子小很多,帶電粒子通過物質時,在徑跡上將產生很多離子對,射線在單位路程上產生的離子對數目被稱為比電離或電離密度。對于單能快速電子,在空氣中的比電離值與電子的速度有關,速度越大,比電離值越小,(-dE/dx)也越小,穿透本領也越強。

物質原子電離(內層電子電離後外層電子補空位)後發射特征X射線:快速電子將殼層電子擊出原子之外,該殼層就產生了空位,當外層電子向內層躍遷時,將兩殼層間的能量差以X射線的形式發射出來,這種X射線具有確定的能量。

激發:物質原子激發(內層電子受激躍遷後退激)後發出可見光和紫外線:快速電子與物質相互作用時,還會將物質中的原子的價電子激發至更高的能級,而他們返回基態時,會發出可見光和紫外線,這些次級輻射總稱為熒光

散射和吸收

散射:β粒子與靶物質原子核庫侖場作用時,隻改變運動方向,而不輻射能量,這種過程稱為彈性散射。由于電子的質量小,因而散射角度可以很大(與α粒子相比,β粒子的散射要大得多),而且會發生多次散射,最後偏離原來的運動方向。同時,入射電子能量越低,及靶物質的原子序數越大,散射也就越厲害。β粒子在物質中經過多次散射其最後的散射角可以大于90°,這種散射成為反散射。

吸收:β粒子在一些束縛能比較大的靶材上穿過時,由于能量有限,當能量耗盡時還未穿出,就有可能被靶材原子所束縛,從而被吸收,稱為介質原子核外電子的一員。其穿透距離(通常稱為射程,記為R)與入射粒子能量大小有關。

電磁輻射

軔致輻射:當電子經過原子核附近時受庫倫場的加速會輻射電磁波,稱為軔致輻射。輻射損失率與原子序數的平方成正比,即電子打到重元素中,容易發生軔致輻射。重帶電粒子穿透介質時也有類似的輻射能量損失,隻是因為質量較大而被忽略。

切倫科夫輻射:電子穿過介質時會使原子發生暫時極化,原子退極化時會發射波長在可見光範圍內的電磁波,稱為切倫科夫輻射。(盧希庭教授解釋)

另解:當電子在介質中運動速度v超過電磁波在介質中的傳播速度時,即v>c/n(n為介質折射率),會在某一特定方向發射電磁波,稱為切倫科夫輻射。(楊福家院士解釋)

正負電子湮沒

除負電子能發生的一系列作用外,正電子被慢化至靜止狀態時還會發生正負電子的湮沒(annihilation),向相反方向發射兩個湮沒光子,兩個光子的能量均為0.511Mev。

危害

β射線是一種帶電荷的、高速運行、從核素放射性衰變中釋放出的粒子。人類受到來源于人造或自然界(C-14等)β射線的照射,β射線比α射線更具有穿透力,但在穿過同樣距離,其引起的損傷更小。一些β射線能穿透皮膚,引起發射性傷害。但是它一旦進入體內引起的危害更大。β粒子能被體外衣服消減、阻擋或一張幾毫米厚的鋁箔完全阻擋。

電離輻射是一種有足夠能量使電子離開原子所產生的輻射。以下簡稱為輻射。一種輻射來源于一些不穩定的原子,這些放射性的原子(指的是放射性核素放射性同位素)為了變得更穩定,原子核釋放出次級和高能光量子(γ射線)。上述過程稱為放射性衰變。例如,自然界中存在的天然核素。此外,存在于人類活動(例如在核反應堆中的原子裂變)和自然界活動,同樣它們也釋放出電離輻射。在衰變過程中,輻射的主要產物有α,β和γ射線。X射線是另一種由原子核外層電子引起的輻射。

電離輻射能引起細胞化學平衡的改變,某些改變會引起癌變。電離輻射能引起體內細胞中遺傳物質DNA的損傷,這種影響甚至可能傳到下一代,導致新生一代畸形,先天白血病…在大量輻射的照射下,能在幾小時或幾天內引起病變,或是導致死亡。

防護主要因素

針對輻射的來源,輻射的危害。我們如何保護自己免受過量照射,在輻射防護中有三個主要因素:時間,距離,禁止。

時間

當你在輻射源附近時,你必須近可能留駐較短的時間,以減少輻射的照射。我們試想假設我們去海濱度假,例如你花費大量時間在在海濱上,如此你將暴露在太陽下,最後被太陽灼傷。如果你花費較少的時間在太陽下,而更多的時間在陰影處,你不至于被太陽灼傷。

距離

越是遠離輻射源,你將受到越少的照射。我們試想一場室外音樂會,你可能坐在表演者面前,或是坐在離舞台50碼的距離,或是坐在穿過街道的公園的草地上,你的耳朵將受到不同的刺激。你坐在表演者面前,你的耳朵將受到損傷。50碼處,你將接受平均水準。如果是坐在遠處的草坪上,你也許根本聽不見所舉行的音樂會。輻射暴露如同上述列子,越是靠近源,你受到損傷的幾率越大,越是遠離,照射越低。β粒子一般具有很強的穿透力能力,它在空氣中能走幾百釐米的路程,也就是說它們可以穿過幾毫米厚的鋁片。

禁止

如果你在輻射源周圍增加禁止,你將減少照射。這如同在雨天,你沒有傘的保護,將被淋濕。但是在傘的庇護下,一切照舊。

用途

貝塔射線放射源有很廣泛的用途,尤其在醫療診斷、成像和治療領域。

碘-131用于甲狀腺疾病的治療,例如甲狀腺癌和突眼性甲狀腺腫(甲狀腺亢進的一種)。

-32用于分子生物學和遺傳學研究。

-90常作為放射性示蹤劑套用于醫學和農業研究。

氚用于生命科學和葯物代謝研究以保證新葯物的安全性。氘還用于發光的飛機、商業出口指示牌、發光的鍾面、計量器和腕表。

碳-14是用于判斷30000年內的有機物年歲的可靠工具。

貝塔射線放射源還廣泛套用于工業儀器,如工業測厚儀,這主要是利用貝塔射線微弱的穿透能力來測量很薄的物質厚度。

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