Образовака🌡️ Физика11 классКвантовая физика

Бета-излучение

3.9

Средняя оценка: 3.9

Всего получено оценок: 70.

Один из видов радиоактивного излучения, существующего в природе, — бета-излучение. Познакомимся с этим видом радиоактивности, с природой бета-лучей, с механизмом их возникновения.

Открытие бета-лучей

После открытия радиоактивности в конце XIX в. многие физики стали изучать природу и свойства радиоактивного излучения. Одним из таких физиков был Э. Резерфорд. В 1899 г. он поставил опыт по определению состава радиоактивного излучения.

Рис. 1. Опыт Резерфорда по радиоактивности 1899.

В свинцовом контейнере находится радиоактивный препарат (как правило, соль радия). Через окно в контейнере радиоактивное излучение попадает на фотопластинку. Как и в опытах других физиков, на пластинке появлялась засвеченная область. Теперь, если на пути радиоактивного луча поместить сильное магнитное поле и если радиоактивный луч состоит из заряженных частиц, засвеченная область на фотопластинке сдвинется в сторону.

Опыт показал, что радиоактивное излучение имеет сложный состав. На фотопластинке после включения магнитного поля возникли три пятна. Это доказывало, что в радиоактивных лучах присутствуют частицы всех трех видов: тяжелые положительные, легкие отрицательные и нейтральные (неизвестного веса).

Положительная компонента радиоактивного излучения была названа альфа-лучами, отрицательная — бета-лучами, нейтральная — гамма-лучами.

Свойства бета-лучей

Бета-лучи сильно отклонялись в магнитном поле, следовательно, массы их были невелики. Измеряя степень отклонения бета-лучей магнитным полем с известной индукцией, установили, что эти лучи — не что иное, как поток электронов, движущихся с высокими скоростями.

В дальнейшем выяснилось, что бета-лучи — это результат действия особого, слабого взаимодействия, в результате которого нейтрон распадается на протон, электрон и антинейтрино. Порядковый номер элемента в периодической таблице Менделеева увеличивается на единицу, а массовое число остается прежним (протон и нейтрон весят практически одинаково).

Все эти обстоятельства и определяют свойства бета-излучения.

Генерируется оно радиоактивными ядрами, имеющими избыток нейтронов (по сравнению с энергетически выгодными количествами).
Электроны, из которых состоят бета-лучи, имеют энергии от нуля до десятков МэВ, летят с околосветовыми скоростями и поэтому достаточно глубоко проникают в вещество, а также способны на взаимодействие с веществом, ионизируя его.
Для защиты от поля бета-излучения достаточно нескольких сантиметров плотного материала, однако если бета-частицы попадают внутрь организма, они становятся очень опасны. Мощности дозы хватит, чтобы вызвать тяжелые внутренние ожоги.
Спектр энергии бета-лучей — непрерывный. Бета-частицы обладают всевозможными энергиями от нуля до некоторого максимального значения, которое определяется спецификой распадающегося элемента.

Исходя из квантового характера испускания частиц, спектр энергии бета-лучей должен быть линейчатым (как, например, спектр альфа-частиц). В рамках развивавшейся в то время квантовой теории непрерывность реального бета-спектра была необъяснима, поскольку она нарушала закон сохранения энергии. Поэтому В. Паули в 1930 г. выдвинул предположение, что часть энергии уносится частицей, очень слабо взаимодействующей с веществом. Этой частицей оказалось антинейтрино, зарегистрированное экспериментально в 1956 г. — частица, подтвердившая существование особого, слабого фундаментального взаимодействия.

Что мы узнали?

Бета излучение — это поток электронов, вылетающих с высокими скоростями из ядер при радиоактивном распаде. Этот распад происходит в результате особого, слабого взаимодействия. Бета-частицы имеют непрерывный энергетический спектр из-за того, что часть энергии уносится легкой безмассовой частицей антинейтрино.