베타 입자

Beta particle
알파 복사는 헬륨 원자핵으로 구성되며 종이 한 장에 의해 쉽게 멈춥니다.전자 또는 양전자로 구성된 베타 방사선은 얇은 알루미늄 판에 의해 차단되지만, 감마 방사선은 납이나 [1]콘크리트와 같은 밀도가 높은 물질에 의해 차폐되어야 합니다.

베타선 또는 베타 방사선이라고도 불리는 베타 입자는 베타 붕괴 과정에서 원자핵의 방사성 붕괴에 의해 방출되는 고에너지, 고속 전자 또는 양전자이다.베타 붕괴에는 β 붕괴와+ β 붕괴의− 두 가지 형태가 있으며,[2] 이들은 각각 전자와 양전자를 생성한다.

0.5MeV의 에너지를 가진 베타 입자의 공기 중 범위는 약 1m입니다. 거리는 입자 에너지에 따라 달라집니다.

베타 입자는 이온화 방사선의 한 종류이며 방사선 방호 목적을 위해 감마선보다는 이온화가 더 많지만 알파 입자보다는 이온화가 덜한 것으로 간주된다.이온화 효과가 높을수록 생체조직의 손상도 커지지만 방사선의 투과력도 낮아집니다.

베타 붕괴 모드

β붕괴−(산화탄소 배출)

주요− 기사 : β 붕괴
베타 붕괴.베타 입자(이 경우 음의 전자)가 핵에서 방출되는 것으로 나타납니다.항중성미자(표시되지 않음)는 항상 전자와 함께 방출됩니다.삽입: 자유 중성자의 붕괴에서 양성자, 전자(음성 베타선), 전자 반중성자가 생성된다.

중성자를 초과하는 불안정한 원자핵은 β 붕괴를 겪을− 수 있으며, 여기서 중성자는 양성자, 전자 및 전자 반중성미자(중성미자의 반입자)로 변환된다.


n
 → p
 + e−
 + δ
e

이 과정은 약한 상호작용에 의해 조정됩니다.중성자는 가상의− W보손 방출을 통해 양성자로 변한다.쿼크 수준에서 W 방출은 다운− 쿼크를 업 쿼크로 바꾸고, 중성자(업 쿼크 1개, 다운 쿼크 2개)를 양성자(업 쿼크 2개, 다운 쿼크 1개)로 바꿉니다.가상− W보손은 전자와 반중성미자로 붕괴된다.

β- 붕괴는 원자로에서 생성된 중성자가 풍부한 핵분열 부산물 사이에서 흔히 발생한다.자유 중성자 또한 이 과정을 통해 붕괴된다.이 두 과정 모두 핵분열반응기 연료봉에 의해 생성되는 베타선과 전자 반중성미자의 양에 기여한다.

β붕괴+(아크론 방출)

주요 기사:양전자 방출

양성자를 초과하는 불안정한 원자핵은 양성자가 중성자, 양전자 및 전자 중성미자로 변환되는 β 붕괴를 겪을+ 수 있다.


p
 → n
 + e+
 + ν
e

베타 플러스 붕괴는 딸 핵의 결합 에너지의 절대값이 부모 핵의 결합 에너지 값보다 클 때, 즉 딸 핵이 낮은 에너지 상태일 때만 핵 내부에서 발생할 수 있다.

베타 붕괴 방식

세슘-137 붕괴 계획은 초기에 베타 붕괴를 겪는다는 것을 보여준다.Cs와 관련된 661 keV 감마 피크는 실제로 딸 방사성핵종에 의해 방출된다.

첨부된 붕괴 체계 다이어그램은 세슘-137의 베타 붕괴를 보여준다.137Cs는 661KeV에서 특징적인 감마 피크로 알려져 있지만, 이는 실제로 딸 방사성핵종 Ba에 의해 방출된다.이 다이어그램은 방사선의 종류와 에너지, 방사선의 상대적 풍부성, 붕괴 후의 딸핵종을 보여준다.

인-32는 의학에서 널리 사용되는 베타 이미터이며 반감기가 14.29일로[3] 짧으며 이 핵 방정식에 나타난 바와 같이 베타 붕괴에 의해 황-32로 분해된다.

32
15P
.		 → 32
16S1+
.		 +
이−
 +
ν
e

붕괴 중에 1.709MeV의 에너지가 [3]방출된다.전자의 운동 에너지는 평균 약 0.5 MeV로 변화하며 나머지 에너지는 거의 검출할 수 없는 전자 반중성미자에 의해 운반됩니다.다른 베타 방사 핵종에 비해 전자는 적당한 에너지이다.약 1m의 공기 또는 5mm의 아크릴 유리로 막혀 있습니다.

다른 문제와의 상호작용

TRIGA 원자로 풀에서 방출되는 파란색 체렌코프 방사선 빛은 물 속 광속(진공 중 광속의 75%)보다 빠르게 이동하는 고속 베타 입자 때문이다.

방사성 물질에 의해 방출되는 세 가지 일반적인 방사선 유형인 알파, 베타 및 감마 중 베타에는 중간 침투력과 중간 이온화력이 있다.방사성 물질에 따라 방출되는 베타 입자의 에너지는 다르지만, 대부분의 베타 입자는 몇 밀리미터의 알루미늄으로 막을 수 있습니다.그러나 베타 방출 동위원소가 이러한 얇은 차폐로 완전히 보호될 수 있다는 것을 의미하는 것은 아니다. 물질이 감속할 때 베타 전자는 베타 자체보다 투과성이 높은 2차 감마선을 방출한다.원자량이 낮은 물질로 구성된 차폐는 낮은 에너지로 감마선을 생성하므로 납과 같은 고Z 물질로 만들어진 차폐보다 단위 질량당 어느 정도 효과적입니다.

하전 입자로 구성된 베타 방사선은 감마 방사선보다 이온화가 더 강하다.물질을 통과할 때, 베타 입자는 전자파 상호작용에 의해 감속되어 제동 X선을 방출할 수 있다.

물에서, 많은 핵분열 생성물의 베타 방사선은 일반적으로 그 물질의 광속(진공 [4]중 빛의 75%)을 초과하므로, 물을 통과할 때 파란색 체렌코프 방사선을 생성한다.따라서 수영장 원자로의 연료봉에서 나오는 강력한 베타 방사선은 원자로를 덮고 차폐하는 투명한 물을 통해 시각화할 수 있다(오른쪽 그림 참조).

검출 및 측정

이소프로판올 구름실 내 베타방사선 검출(인공원 스트론튬-90 삽입 후)

물질에 대한 베타 입자의 이온화 또는 들뜸 효과는 방사선 측정 기기가 베타 방사선을 감지하고 측정하는 기본 과정입니다.가스의 이온화는 이온 챔버와 가이거-뮐러 계수기에 사용되며, 섬광 계수기에는 섬광기의 들뜸이 사용된다.다음 표는 SI 단위 및 비 SI 단위로 방사선량을 보여줍니다.

이온화 방사선 관련 수량 보기 talk토크 edit편집
양 구성 단위 기호. 파생 연도 SI 당량
액티비티(A) 베크렐 Bq s−1. 1974 SI 단위
퀴리 사 3.7 × 10초10−1 1953 3.7×1010 Bq
러더포드 Rd 10초6−1 1946 1,000,000 Bq
노출(X) 킬로그램당 쿨롱 C/kg 공기량 Cµkg−1 1974 SI 단위
동작하지 않다 R esu / 0.001293g의 공기 1928 2.58 × 10−4 C/kg
흡수 선량(D) 잿빛 끝무렵 jkg−1 1974 SI 단위
그램당 에르고 erg/g 에르고그−1 1950 1.0 × 10−4 Gy
rad rad 100 erg−1 1953 0.010 Gy
등가 선량(H) 시버트 Sv Jkg−1×WR 1977 SI 단위
뢴트겐 당량자 기억하다 100 erg−1 x WR 1971 0.010 Sv
유효 선량(E) 시버트 Sv Jkgkg−1×WR×WT 1977 SI 단위
뢴트겐 당량자 기억하다 100 erg−1 × WR × WT 1971 0.010 Sv
  • 회색(Gy)은 흡수선량의 SI 단위이며, 이는 조사물질에 축적된 방사선 에너지의 양이다.베타 방사선의 경우 이는 시버트에 의해 측정된 등가 선량과 수치적으로 동일하며, 이는 인체 조직에 대한 낮은 수준의 방사선의 확률적 생물학적 영향을 나타낸다.흡수 선량에서 등가 선량에 대한 방사선 가중인 변환 인자는 베타에 대해 1인 반면, 알파 입자는 조직에 대한 이온화 효과가 더 크다는 것을 반영하여 20인자를 갖는다.
  • rad는 흡수선량에 대해 폐지된 CGS 단위이며, 렘은 주로 미국에서 사용되는 등가선량의 폐지된 CGS 단위이다.

적용들

베타 입자는 눈이나 골격암과 같은 건강 상태를 치료하는데 사용될 수 있고 추적자로도 사용됩니다.스트론튬-90은 베타 입자를 생성하는 데 가장 일반적으로 사용되는 물질이다.

베타 입자는 또한 롤러 시스템을 통해 들어오는 종이와 같은 품목의 두께를 테스트하기 위해 품질 관리에 사용됩니다.베타 방사선의 일부는 제품을 통과하는 동안 흡수됩니다.제품이 너무 두껍거나 얇으면 그에 상응하는 다른 양의 방사선이 흡수됩니다.제조된 용지의 품질을 감시하는 컴퓨터 프로그램이 롤러를 움직여 최종 제품의 두께를 변경합니다.

쌍등이라고 불리는 조명 장치는 삼중수소와 형광체를 포함하고 있다.삼중수소가 부패하면서, 베타 입자를 방출한다; 이것들은 형광체를 때리고, 형광체가 텔레비전의 음극선 튜브처럼 광자를 방출하게 한다.조명은 외부 전원을 필요로 하지 않으며 삼중수소가 존재하는 한(그리고 인체는 화학적으로 변화하지 않음) 지속될 것이다. 생성된 빛의 양은 12.32년 후 삼중수소의 반감기인 원래 값의 절반으로 떨어질 것이다.

방사성 추적자 동위원소의 베타 플러스(또는 양전자) 붕괴는 양전자 방출 단층촬영(PET 스캔)에 사용되는 양전자의 근원이다.

역사

Henri Becquerel은 형광을 실험하던 중 우연히 우라늄이 검은 종이로 싸인 사진 판을 X선처럼 끌 수 없는 알려지지 않은 방사선과 함께 노출시킨다는 것을 발견했다.

어니스트 러더포드는 이러한 실험을 계속하여 두 가지 종류의 방사선을 발견했다.

  • 검은 포장지에 쉽게 흡수되었기 때문에 베크렐 판에 나타나지 않은 알파 입자
  • 알파 입자보다 100배 더 침투하는 베타 입자

그는 [5]1899년에 결과를 발표했다.

1900년에 베크렐은 음극선을 연구하고 전자를 식별하는 데 사용되는 J. J. Thomson의 방법으로 베타 입자의 질량 대 전하비(m/e)를 측정했습니다.그는 베타 입자의 e/m이 톰슨의 전자와 같다는 것을 발견했고, 따라서 베타 입자가 사실상 전자라는 것을 암시했다.

헬스

베타 입자는 살아있는 조직에 적당히 침투하며 DNA에 자발적인 돌연변이를 일으킬 수 있습니다.

베타 선원은 암세포를 죽이기 위해 방사선 치료에 사용될 수 있다.

「 」를 참조해 주세요.

레퍼런스

  1. ^ "Radiation Basics". United States Nuclear Regulatory Com. 2017-10-02.
  2. ^ Lawrence Berkeley National Laboratory (9 August 2000). "Beta Decay". Nuclear Wall Chart. United States Department of Energy. Retrieved 17 January 2016.
  3. ^ a b "Phosphorus-32" (PDF). nucleide.org. Labratoire Nationale Henri Bequerel. Retrieved 28 June 2022.
  4. ^ 물 속의 거시적 빛의 속도는 진공 상태에서의 광속의 75%입니다("c"라고 함).베타 입자는 0.75 c보다 빠르게 움직이고 있지만 c보다 빠르지는 않습니다.
  5. ^ E. Rutherford (8 May 2009) [Paper published by Rutherford in 1899]. "Uranium radiation and the electrical conduction produced by it". Philosophical Magazine. 47 (284): 109–163. doi:10.1080/14786449908621245.

추가 정보