Beta-čestica: razlika između inačica

Budući da, prema kvantnoj teoriji, atomska jezgra ima određene razine energije ili [[kvant]]e energije, onda bi i beta-čestice trebale imati određenu razinu ili kvant energije, a ne neprekinuti spektar energija. Iz toga možemo zaključiti da energija beta-čestica ne nastaje zbog prelaza iz jedne energetske razine u drugu. Prema tome, beta raspad ne udovoljava [[Zakon očuvanja energije|zakonu o očuvanju energije]], a pokusi su pokazali da i ne zadovoljava '''zakon o očuvanju momenta količine gibanja'''. Pokusi su doveli u sumnju osnovne zakone gradnje atomskog jezgra.

Teške radioaktivne jezgre koje su prve nađene kao prirodno radioaktivne tvari emitiraju elektrone. Emisija pozitrona zapažena je kod umjetno proizvedenih jezgara. Iz prijašnjih razmatranja o energijama spajanja teških jezgri jasno je zašto teške radioaktivne jezgre emitiraju elektrone. Za teške jezgre pokazuje se energetski povoljnijim sastav kod kojega broj neutrona znatno preteže nad brojem protona. Najteža jezgra, [[uranij]] 92U238₉₂U²³⁸, ima 54 neutrona više od protona. Kod olova 82Pb206₈₂Pb²⁰⁶ iznosi taj suvišak neutrona nad protonima svega 42. Alfa -raspadanjem putuju jezgre od uranija prema olovu, umanjujući prilikom svakog alfa -raspadanja broj neutrona i protona za dva. No prema lakšim jezgrama energetski je povoljniji manji suvišak neutrona nad protonima i alfa -raspadanjem nastale jezgre imaju previše neutrona, a da bi bile stabilne. Te jezgre moraju nužno umanjiti broj neutrona. U stvarnosti se doista opaža da veliki broj alfa -emisijom nastalih jezgri emitira elektrone. Emisijom elektrona prelazi jedan neutron u proton i time nastaje energetski niže stanje jezgre. Iz suviška neutrona na početku radioaktivnog niza, kod [[Olovo (element)|olova]], može se izračunati broj beta -emisija, koje moraju biti ukopčane u silaz atomskih jezgri od uranija do olova. Kod alfa -raspadanja ostaje suvišak neutrona nad protonima nepromijenjen. Kod svake emisije elektrona suvišak se, naprotiv, umanjuje za 2 jer istodobno nestaje jedan neutron, a nastaje jedan proton. Budući da uranij ima 54, a olovo 42 neutrona više od protona, to između uranija i olova mora biti 6 beta -radioaktivnih jezgara, što se doista slaže s opažanjima.

Već prva opažanja beta zraka u [[magnetsko polje|magnetskom polju]] pokazala su da [[brzina|brzine]] elektrona nisu jedinstvene. Neke staze su jače svinute, neke slabije, što znači razliku u [[Impuls sile|impulsima]]. Vrlo točno su na nizu radioaktivnih preparata izmjerili [[kinetička energija|kinetičke energije]] elektrona Alihanov, Alihanjan i DzelepovDželepov. Oni su našli da se energije elektrona rasprostiru od vrijednosti nula do neke maksimalne vrijednosti. Maksimalna energija emitiranih beta -elektrona svojstvena je za pojedinu jezgru. Kod raspada 7N13₇N¹³ na 6C13₆C¹³ biva emitiran pozitron s maksimalnom energijom od 1,2 MeVM[[eV]] ili 2,4 mc2mc². Znatno veća maksimalna energija, oko 23 mc2mc², opaža se kod raspada 5B12₅B¹². Raspodjela elektrona na energije dana je za beta -radioaktivne elemente svojstvenom funkcijom, koju je izračunao [[Enrico Fermi|E. Fermi]] na osnovu [[Kvantna teorija|kvantne teorije]]. Krivulja je malo različita za pozitrone i elektrone jer na njih na izlasku djeluje jezgra odbojnim odnosno privlačnim silama.

Pojava kontinuiranog beta -spektra navela je u početku neke fizičare[[fizičar]]e na misao da kod tih procesa ne vrijedi zakon o očuvanju energije. Ta pretpostavka bialbila je neposredno tumačenje pokusnog rezultata i bila je izrečena u vrijeme kad još nije bilo današnjeg bogatog materijala u nuklearnim procesima. Danas tu misao moramo odbaciti kao nevjerojatnu. Izuzevši beta -aktivnost, svuda se opaža stroga valjanost [[Zakon očuvanja energije|zakona o očuvanju energije]]. Poznate su tisuće različitih pretvorbi atomskih jezgri kod kojih se uvijek može učiniti ispravna bilanca energije. I samo beta -raspadanje, koliko i ruši načelo energije, toliko s druge strane pokazuje zakonitost koja se jedino može tumačiti zakonom o sačuvanju energije. Činjenica je da je za maksimalnu energiju emitiranih elektrona bilanca energije ispunjena. Kad bi zakon energije bio narušen, tada nije razumljivo zašto se ne bi pojavljivali i elektroni s većim energijama. Postojanje granice kontinuiranog spektra očito pokazuje da se ne može tako lako napustiti načelo energije.

Izlaz iz tih teškoća bila je Paulijeva hipoteza neutrina. [[Wolfgang Pauli|W. Pauli]] je prvi naslutio da radioaktivna jezgra ne emitira samo elektron nego dvije čestice. Jedna čestica je elektron, a druga je Paulijeva hipotetička čestica neutrino. Neutrino nema električnog naboja jer je već emisijom elektrona ispravno promijenjen električni naboj jezgre. Masa neutrina je vrlo malena, ako ne nula. Kod radioaktivnog raspadanja suvišna se energija razdijeli na [[neutrino]] i elektron. Pri tom se u pojedinom činu emisije ne mora energija jednoliko raspodijeliti na neutrino i elektron. Štoviše, prema zakonu slučaja treba očekivati da će jedanput gotovo svu energiju beta -raspadanja uzeti neutrino, drugi put naprotiv elektron, treći put obje će čestice podijeliti podjednako energije. Iskustveno promatrani elektroni maksimalnih brzina odgovaraju raspadanju jezgri kod kojih neutrino nije dobio ništa energije. Odatle proizlazi, da i njegova masa mirovanja mora biti jednaka nuli jer ne ulazi u bilancu energije.

Danas se općenito uzima da je Paulijeva hipoteza ispravna u bitnim crtama. Neutrino mora spasiti zakon o oluvanjuočuvanju energije. Hipotezi neutrina ne protivi se rezultatimaarezultati pokusa da se kod beta -radioaktivnog raspadanja opažaju samo elektroni. Neutrino nema električnog naboja pa ne može [[Ionizirajuće zračenje|ionizirati materiju]] kroz koju prolazi. Neutrino je u [[Wilsonova komora|Wilsonovoj komori]] nevidljiv. Dok se postojanje neutrona može utvrditi po srazovima[[sraz]]ovima s ostalim teškim česticama materije, dotle za neutrino otpada i ta mogućnost otkrivanja. On ima prelaku masu, a da bi mogao proizvesti udare koji bi se mogli primijetiti u pokusima. Zbog svoje električki neutralne prirode i vrlo male mase iščezava neutrino bez traga. <ref> [[Ivan Supek]]: "Nova fizika", Školska knjiga Zagreb, 1966.</ref>

Beta-čestice se mogu koristiti za liječenje [[Oko|očiju]] i [[Rak (bolest)|raka kostiju]]. Beta-čestice se najčešće dobijaju iz izotopa [[stroncij]]a-90. U ispitivanju materijala koriste se i za mjerenje debljine tankih materijala, kao što je [[papir]]. Beta-čestice se koriste i za stvaranje [[beta svjetlost]]i, koja nastaje ozračivanjem [[tricij]]a i [[Fluorescencija|fluorescentne]] tvari. Beta (plus) raspad se koristi u [[Računalna tomografija|tomografiji]] pozitronskim zračenjem (engl. '''positron emission tomography''' - PET scan).

== Utjecaj beta zračenja na žive organizme ==

U prvoj su skupini radioaktivni elementi poput [[uranij]]a-235, uranija-238, [[torij]]a-232, [[radij]]a-226, [[radon]]a-222 ili [[kalij]]a-40. Oni potječu još iz vremena stvaranja Zemlje, a karakterizira ih vrlo dugo vrijeme poluraspada, čak i do milijardu godina (iznimka je plin radon, čiji je poluživot 3,8 dana). Kozmičko zračenje nas neprestano pogađa. Izvor mu je uglavnom izvan našeg [[Sunčev sustav|Sunčevog sustava]], a sastoji se od raznih oblika zračenja: od vrlo brzih teških čestica, pa do visokoenergijskih [[foton]]a i [[mion]]a. Ono međudjeluje s atomima u gornjim slojevima atmosfere i tako proizvodi radionuklide[[radionuklid]]e, koji su najčešće kraćih [[Vrijeme poluraspada|vremena poluživotapoluraspada]]. To su, na primjer, [[ugljik-14]], [[tricij]], [[berilij]]-7 i drugi.

Ljudi su svojim djelovanjem, poglavito razvojem [[nuklearni reaktor|nuklearnih reaktora]] i testiranjem [[nuklearno oružje|nuklearnog oružja]], stvorili još neke radioaktivne elemente, poput [[stroncij]]a-90, [[jod]]a-129, joda-131, [[cezij]]a-137, [[plutonij]]a-239 itd.<ref> [http://www.radiobiologija.vef.unizg.hr/skripta/RAD11-20.htm] "Jedinica radioaktivnosti", www.radiobiologija.vef.unizg.hr, 2011.</ref>

=== Mjerne jedinice ionizirajućeg zračenja ===

Da bi se mjerila [[energija]], koju putem zračenja apsorbira određena tvar, koristi se jedinica [[grej]] (Gy). Omjer te energije i mase tijela koje ju apsorbira zove se [[apsorbirana doza]]. Ako se [[energija]] od 1 [[Džul|J]] apsorbira u 1 [[kilogram|kg]] tvari govorimo o apsorbiranoj dozi od 1 Gy. Ovako definirana doza ne govori ništa o biološkim učincima apsorbiranog zračenja. Svaka vrsta zračenja (α, β, γ) ima drugačiji utjecaj na žive stanice, koji se opisuje '''faktorom Q'''. Zato se definira [[ekvivalentna doza]], koju dobijemo tako da apsorbiranu dozu pomnožimo faktorom Q. Jedinica za ekvivalentnu dozu je [[sivert]] (Sv). <ref> [http://personal.unizd.hr/~mdzela/nastava/KTF.pdf] "Ionizirajuće zračenje u biosferi", Mile Dželalija, Kemijsko-tehnološki fakultet, Sveučilište u Splitu, 2011.</ref>