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β粒子

β粒子(英文:Beta particle),也被稱作β射線β輻射,為β衰變時從原子核放射出的高能、高速的電子正電子β衰變可分為β衰變和β+衰變,分別產生電子正電子[2]

β粒子
β衰變
组成電子(負β衰變)
正子(正β衰變)
符号β
β(負β衰變)
β+(正β衰變)
電荷+1 e(正β衰變)
-1 e(負β衰變)
CAS号12587-47-2  
原子核構成的α射線很容易被一張紙擋住。由電子正電子組成的β射線可以被鋁板擋住,但γ射線則需要用鉛或混凝土等高密度的材料才能阻擋[1]

能量為0.5 MeV的β粒子大約有1公尺的射程,其距離取決於粒子能量。

β粒子是一種游離輻射,從輻射防護英语radiation protection的角度來說,它被認為比γ射線更容易游離,但比α粒子更不易游離。游離性越強,對生物組織的危害更大,穿透力則越低。

β衰變的形式

β衰變(發射電子)

 
β衰變。圖中一個負電子從原子核放出。一個反微中子會和電子一起放出。右下:自由中子衰變會產生一個質子、電子(β射線)和反電微中子

一個擁有過量中子的不穩定原子核可能發生β衰變,使中子轉變成質子、電子和反电中微子(微中子的反粒子):


n

p
+
e
+
ν
e

這個過程由弱相互作用產生。中子放出W玻色子變成質子。從夸克的尺度來看,下夸克經由放出W玻色子變成上夸克,使中子(一個上夸克和兩個下夸克)變成質子(兩個上夸克和一個下夸克)。W玻色子則衰變為一個電子和一個反微中子。

核子反應爐中製造的多中子核分裂產物時常發生β衰變。自由中子也會透過這個過程衰變。這兩種途徑讓反應堆的燃料棒產生大量的β射線和反微中子。

β+衰變(發射正電子)

一個擁有過量質子的不穩定原子核可能發生β+衰變,使質子轉變成中子、正電子电中微子


p

n
+
e+
+
ν
e

只有當子核結合能的絕對值比母核的大時,核內才會發生β+衰變(意即,子核處於低能階)。

β衰變圖

 
銫-137衰變圖,剛開始進行β衰變時。137Cs的661 KeV伽瑪尖峰其實是由放射性子核種放出

右方的衰變圖表展示了銫-137的β衰變。137Cs以其在661 KeV的伽瑪尖峰而著名,但那其實是由放射性子核種137mBa放出。此圖表展示了放射線的種類、能量,相對含量和衰變後的子核種。

磷-32,一個β粒子放射物,經常用於藥物治療,其有14.29天的短暫半衰期[3],並經過β衰變轉變為硫-32,如下方的核反應:

32
15
P
32
16
S1+
+
e
+
ν
e

此衰變會放出1.709 MeV的能量[3]電子的平均動能約為0.5 MeV,幾乎無法探測的反電微中子則帶有剩餘的能量。和其他放射出β射線的核種相比,電子含有中等的能量。它可以被1公尺的空氣或5釐米的壓克力阻擋。

與其他粒子的交互作用

 
TRIGA反應池發出的切連科夫輻射是由比水中光速(相位速度)還快的高速β粒子造成的(即真空中光速的75 %)

放射物最常放出的三種輻射:α、β和γ當中,β的穿透力和游離性皆為中間值。雖然不同放射性物質發射的β粒子能量不同,大部分的β粒子都可以被幾釐米的抵擋。然而,這不代表它可以阻擋所有的β放射性同位素:當它們減速時,β粒子會放出更具穿透力的γ射線。分子量較低的元素製成的擋板會產生低能量的γ,使得他們的防護能力比起以鉛這類高分子量元素為材料的擋板更有效。

因為β射線是由高能粒子組成,它的游離性比γ更強。當β粒子穿過物質時,它會因電磁交互作用而減速而可能發出制動輻射

在水中,核分裂產物發出的β射線的速度可能超過水中的光速(即真空中光速的75 %),[註 1]並因此在通過水時發出藍色的切連科夫輻射。如右圖,我們可以透過覆蓋反應堆的水觀察從泳池反應堆的燃料棒發出的強烈β射線。

偵測與測量

β粒子對物質的游離和激發效應是輻射探測儀偵測及測量β輻射的基本過程。氣體的游離被用於電離室英语ionization chamber盖革计数器閃爍體英语Scintillator的激發則被用於閃爍計數器英语scintillation counter。下方的表格展示了以SI和非SI制表示的輻射量:

與游離輻射相關的量
名稱 單位 符號 導出量 年分 換算成SI
放射性活度 (A) 貝克勒 Bq s−1 1974 SI 單位
居禮 Ci 3.7 × 1010 s−1 1953 3.7×1010 Bq
拉塞福 Rd 106 s−1 1946 106 Bq
輻射暴露英语Radiation exposure (X) 库仑/千克 C/kg C⋅kg−1 1974 SI 單位
倫琴 R erg / 0.001293 g 1928 2.58 × 10−4 C/kg
吸收劑量 (D) 戈瑞 Gy J⋅kg−1 1974 SI 單位
爾格/ erg/g erg⋅g−1 1950 1.0 × 10−4 Gy
雷德英语rad (unit) rad 100 erg⋅g−1 1953 0.010 Gy
等效劑量 (H) 西弗 Sv J⋅kg−1 × WR 1977 SI 單位
雷姆 rem 100 erg⋅g−1 x WR 1971 0.010 Sv
有效劑量英语Effective dose (radiation) (E) 西弗 Sv J⋅kg−1 × WR × WT 1977 SI 單位
雷姆 rem 100 erg⋅g−1 × WR × WT 1971 0.010 Sv
 
在異丙醇雲室中探測到β射線(加入人工材料鍶-90後)
  • 戈瑞(Gy)是吸收劑量的SI單位,其代表被照射的材料儲存的輻射能量。對β射線來說其量值與以西弗為單位的等效劑量相同,其表示低等輻射對人體組織的隨機生物效應。對β來說,輻射能從吸收劑量轉換成等效劑量的換算因子為1,α粒子則是20,因子越大,其游離性越高,對生物組織危害越大。
  • 雷德英语rad (unit)是吸收劑量的CGS單位,侖目則是等效劑量的CGS單位,通常由美國使用。

應用

β粒子可以用於治療如眼癌英语Eye neoplasm骨癌英语Bone tumor,它也能用作追蹤器。鍶-90是最常用來製造β粒子的材料。

β粒子也可用於產品厚度的品管,如以滾軸系統製成的。部分的β粒子在射向產品時會穿過去。如果產品太薄或太厚,其吸收的輻射量也會不同。監管品質的儀器便會透過輻射量調整產品厚度。

氚管,一種發光設備,含有磷光体。當氚衰變時,它會放出β粒子;β粒子打中磷光體,使磷光體發出光子,就像是電視中的阴极射线管一樣。這種光源不需要外加能量,只要氚還在,光就不會熄滅(磷光體也不會自己產生化學變化);其產生的光會在12.32年,也就是氚的半衰期後降為一半。

同位素放射性標記物的β+(正電子)衰變是正電子發射電腦斷層掃描(PET scan)中正電子的來源。

歷史

貝克勒在做荧光實驗時,意外地發現會發出一種像X光一樣無法阻擋的辐射,讓被黑色包裝紙包住的底片曝光。

拉賽福繼續做這些實驗並發現了兩種不同的輻射:

  • α粒子並沒有在貝克爾底片上出現,這是因為它們很容易被黑色包裝紙吸收;
  • β粒子的穿透力是α粒子的100倍。

拉賽福於1899年發表他的實驗成果。[4]

1900年,貝克勒以湯木生用來研究陰極射線及辨識電子的方法成功測量β粒子的荷質比(e/m)。他發現β粒子和湯木生所發現的電子的荷質比相同,因此他認為β粒子就是電子。

醫學

β粒子可以穿透生物組織並造成DNA的自發性突变

β粒子可以用於化療以殺死癌細胞。

註釋

  1. ^ 水中的光速為真空中光速(簡稱c)的75 %,β粒子的速度比0.75 c大,但小於c。

相關條目

參考資料

  1. ^ Radiation Basics. United States Nuclear Regulatory Com. 2017-10-02. 
  2. ^ Lawrence Berkeley National Laboratory. Beta Decay. Nuclear Wall Chart. United States Department of Energy. 9 August 2000 [17 January 2016]. (原始内容于2020-03-24). 
  3. ^ 3.0 3.1 . Fact Guru Astronomy knowledge base. 2003. (原始内容存档于2006-07-05). 
  4. ^ E. Rutherford. Uranium radiation and the electrical conduction produced by it. Philosophical Magazine. 8 May 2009, 47 (284): 109–163 [Paper published by Rutherford in 1899] [2021-10-15]. doi:10.1080/14786449908621245. (原始内容于2016-12-02). 

延伸閱讀

  • Radioactivity and alpha, beta, gamma and X­rays (页面存档备份,存于互联网档案馆
  • Rays and Particles (页面存档备份,存于互联网档案馆) University of Virginia Lecture
  • Betavoltic Battery: Scientists Invent 30 Year Continuous Power Laptop Battery (页面存档备份,存于互联网档案馆) at NextEnergyNews.com
  • ,存档于互联网档案馆(存檔日期 October 5, 2007)
  • Basic Nuclear Science Information (页面存档备份,存于互联网档案馆) at the Lawrence Berkeley National Laboratory


β粒子, 此條目需要补充更多来源, 2022年1月2日, 请协助補充多方面可靠来源以改善这篇条目, 无法查证的内容可能會因為异议提出而移除, 致使用者, 请搜索一下条目的标题, 来源搜索, Β粒子, 网页, 新闻, 书籍, 学术, 图像, 以检查网络上是否存在该主题的更多可靠来源, 判定指引, 英文, beta, particle, 也被稱作β射線或β輻射, 為β衰變時從原子核放射出的高能, 高速的電子或正電子, β衰變可分為β, 衰變和β, 衰變, 分別產生電子和正電子, 衰變组成電子, 負β衰變, 正子, 正β. 此條目需要补充更多来源 2022年1月2日 请协助補充多方面可靠来源以改善这篇条目 无法查证的内容可能會因為异议提出而移除 致使用者 请搜索一下条目的标题 来源搜索 B粒子 网页 新闻 书籍 学术 图像 以检查网络上是否存在该主题的更多可靠来源 判定指引 b粒子 英文 Beta particle 也被稱作b射線或b輻射 為b衰變時從原子核放射出的高能 高速的電子或正電子 b衰變可分為b 衰變和b 衰變 分別產生電子和正電子 2 b粒子b 衰變组成電子 負b衰變 正子 正b衰變 符号bb 負b衰變 b 正b衰變 電荷 1 e 正b衰變 1 e 負b衰變 CAS号12587 47 2 氦原子核構成的a射線很容易被一張紙擋住 由電子或正電子組成的b射線可以被鋁板擋住 但g射線則需要用鉛或混凝土等高密度的材料才能阻擋 1 能量為0 5 MeV的b粒子大約有1公尺的射程 其距離取決於粒子能量 b粒子是一種游離輻射 從輻射防護 英语 radiation protection 的角度來說 它被認為比g射線更容易游離 但比a粒子更不易游離 游離性越強 對生物組織的危害更大 穿透力則越低 目录 1 b衰變的形式 1 1 b 衰變 發射電子 1 2 b 衰變 發射正電子 1 3 b衰變圖 2 與其他粒子的交互作用 2 1 偵測與測量 3 應用 4 歷史 5 醫學 6 註釋 7 相關條目 8 參考資料 9 延伸閱讀b衰變的形式 编辑主条目 b衰變 b 衰變 發射電子 编辑 b衰變 圖中一個負電子從原子核放出 一個反微中子會和電子一起放出 右下 自由中子衰變會產生一個質子 電子 b 射線 和反電微中子 一個擁有過量中子的不穩定原子核可能發生b 衰變 使中子轉變成質子 電子和反电中微子 微中子的反粒子 n p e n e這個過程由弱相互作用產生 中子放出W 玻色子變成質子 從夸克的尺度來看 下夸克經由放出W 玻色子變成上夸克 使中子 一個上夸克和兩個下夸克 變成質子 兩個上夸克和一個下夸克 W 玻色子則衰變為一個電子和一個反微中子 核子反應爐中製造的多中子核分裂產物時常發生b 衰變 自由中子也會透過這個過程衰變 這兩種途徑讓反應堆的燃料棒產生大量的b射線和反微中子 b 衰變 發射正電子 编辑 一個擁有過量質子的不穩定原子核可能發生b 衰變 使質子轉變成中子 正電子和电中微子 p n e ne只有當子核結合能的絕對值比母核的大時 核內才會發生b 衰變 意即 子核處於低能階 b衰變圖 编辑 銫 137衰變圖 剛開始進行b衰變時 137Cs的661 KeV伽瑪尖峰其實是由放射性子核種放出 右方的衰變圖表展示了銫 137的b衰變 137Cs以其在661 KeV的伽瑪尖峰而著名 但那其實是由放射性子核種137mBa放出 此圖表展示了放射線的種類 能量 相對含量和衰變後的子核種 磷 32 一個b粒子放射物 經常用於藥物治療 其有14 29天的短暫半衰期 3 並經過b衰變轉變為硫 32 如下方的核反應 3215 P 3216 S1 e n e此衰變會放出1 709 MeV的能量 3 電子的平均動能約為0 5 MeV 幾乎無法探測的反電微中子則帶有剩餘的能量 和其他放射出b射線的核種相比 電子含有中等的能量 它可以被1公尺的空氣或5釐米的壓克力阻擋 與其他粒子的交互作用 编辑 從TRIGA反應池發出的切連科夫輻射是由比水中光速 相位速度 還快的高速b粒子造成的 即真空中光速的75 放射物最常放出的三種輻射 a b和g當中 b的穿透力和游離性皆為中間值 雖然不同放射性物質發射的b粒子能量不同 大部分的b粒子都可以被幾釐米的鋁抵擋 然而 這不代表它可以阻擋所有的b放射性同位素 當它們減速時 b粒子會放出更具穿透力的g射線 分子量較低的元素製成的擋板會產生低能量的g 使得他們的防護能力比起以鉛這類高分子量元素為材料的擋板更有效 因為b射線是由高能粒子組成 它的游離性比g更強 當b粒子穿過物質時 它會因電磁交互作用而減速而可能發出制動輻射 在水中 核分裂產物發出的b射線的速度可能超過水中的光速 即真空中光速的75 註 1 並因此在通過水時發出藍色的切連科夫輻射 如右圖 我們可以透過覆蓋反應堆的水觀察從泳池反應堆的燃料棒發出的強烈b射線 偵測與測量 编辑 b粒子對物質的游離和激發效應是輻射探測儀偵測及測量b輻射的基本過程 氣體的游離被用於電離室 英语 ionization chamber 和盖革计数器 閃爍體 英语 Scintillator 的激發則被用於閃爍計數器 英语 scintillation counter 下方的表格展示了以SI和非SI制表示的輻射量 與游離輻射相關的量 名稱 單位 符號 導出量 年分 換算成SI制放射性活度 A 貝克勒 Bq s 1 1974 SI 單位居禮 Ci 3 7 1010 s 1 1953 3 7 1010 Bq拉塞福 Rd 106 s 1 1946 106 Bq輻射暴露 英语 Radiation exposure X 库仑 千克 C kg C kg 1 1974 SI 單位倫琴 R erg 0 001293 g 1928 2 58 10 4 C kg吸收劑量 D 戈瑞 Gy J kg 1 1974 SI 單位爾格 克 erg g erg g 1 1950 1 0 10 4 Gy雷德 英语 rad unit rad 100 erg g 1 1953 0 010 Gy等效劑量 H 西弗 Sv J kg 1 WR 1977 SI 單位雷姆 rem 100 erg g 1 x WR 1971 0 010 Sv有效劑量 英语 Effective dose radiation E 西弗 Sv J kg 1 WR WT 1977 SI 單位雷姆 rem 100 erg g 1 WR WT 1971 0 010 Sv 在異丙醇雲室中探測到b射線 加入人工材料鍶 90後 戈瑞 Gy 是吸收劑量的SI單位 其代表被照射的材料儲存的輻射能量 對b射線來說其量值與以西弗為單位的等效劑量相同 其表示低等輻射對人體組織的隨機生物效應 對b來說 輻射能從吸收劑量轉換成等效劑量的換算因子為1 a粒子則是20 因子越大 其游離性越高 對生物組織危害越大 雷德 英语 rad unit 是吸收劑量的CGS單位 侖目則是等效劑量的CGS單位 通常由美國使用 應用 编辑b粒子可以用於治療如眼癌 英语 Eye neoplasm 及骨癌 英语 Bone tumor 它也能用作追蹤器 鍶 90是最常用來製造b粒子的材料 b粒子也可用於產品厚度的品管 如以滾軸系統製成的纸 部分的b粒子在射向產品時會穿過去 如果產品太薄或太厚 其吸收的輻射量也會不同 監管品質的儀器便會透過輻射量調整產品厚度 氚管 一種發光設備 含有氚及磷光体 當氚衰變時 它會放出b粒子 b粒子打中磷光體 使磷光體發出光子 就像是電視中的阴极射线管一樣 這種光源不需要外加能量 只要氚還在 光就不會熄滅 磷光體也不會自己產生化學變化 其產生的光會在12 32年 也就是氚的半衰期後降為一半 同位素放射性標記物的b 正電子 衰變是正電子發射電腦斷層掃描 PET scan 中正電子的來源 歷史 编辑當貝克勒在做荧光實驗時 意外地發現鈾會發出一種像X光一樣無法阻擋的辐射 讓被黑色包裝紙包住的底片曝光 拉賽福繼續做這些實驗並發現了兩種不同的輻射 a粒子並沒有在貝克爾底片上出現 這是因為它們很容易被黑色包裝紙吸收 b粒子的穿透力是a粒子的100倍 拉賽福於1899年發表他的實驗成果 4 1900年 貝克勒以湯木生用來研究陰極射線及辨識電子的方法成功測量b粒子的荷質比 e m 他發現b粒子和湯木生所發現的電子的荷質比相同 因此他認為b粒子就是電子 醫學 编辑b粒子可以穿透生物組織並造成DNA的自發性突变 b粒子可以用於化療以殺死癌細胞 註釋 编辑 水中的光速為真空中光速 簡稱c 的75 b粒子的速度比0 75 c大 但小於c 相關條目 编辑電子照射 英语 Electron irradiation 粒子物理學 中子辐射 d射線 英语 delta ray 參考資料 编辑 Radiation Basics United States Nuclear Regulatory Com 2017 10 02 Lawrence Berkeley National Laboratory Beta Decay Nuclear Wall Chart United States Department of Energy 9 August 2000 17 January 2016 原始内容存档于2020 03 24 3 0 3 1 phosphorus 32 Fact Guru Astronomy knowledge base 2003 原始内容存档于2006 07 05 E Rutherford Uranium radiation and the electrical conduction produced by it Philosophical Magazine 8 May 2009 47 284 109 163 Paper published by Rutherford in 1899 2021 10 15 doi 10 1080 14786449908621245 原始内容存档于2016 12 02 延伸閱讀 编辑Radioactivity and alpha beta gamma and X rays 页面存档备份 存于互联网档案馆 Rays and Particles 页面存档备份 存于互联网档案馆 University of Virginia Lecture Betavoltic Battery Scientists Invent 30 Year Continuous Power Laptop Battery 页面存档备份 存于互联网档案馆 at NextEnergyNews com Radioactive laptops Perhaps not 存档于互联网档案馆 存檔日期 October 5 2007 Basic Nuclear Science Information 页面存档备份 存于互联网档案馆 at the Lawrence Berkeley National Laboratory 取自 https zh wikipedia org w index php title B粒子 amp oldid 75181906, 维基百科,wiki,书籍,书籍,图书馆,

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