Radiactividad Beta

Las partículas beta son exactamente electrones del núcleo. El término "partícula beta", es un término histórico usado en la descripción inicial de la radiactividad. Los electrones de alta energía, tienen una mayor gama de penetración que las partículas alfa, pero mucho menos que los rayos gamma. El peligro de la radiación beta es mayor si se ingiere. La emisión beta está acompañada por la emisión de un antineutrino electrónico, que comparte el momento y la energía del decaimiento.

La emisión de la antipartícula del electrón, el positrón, también se conoce como decaimiento beta. El decaimiento beta, puede ser visto como el decaimiento de uno de los neutrones a un protón, vía interacción débil. El uso de un diagrama de Feynman para la interacción débil, puede clarificar el proceso.

¿Cómo Escapa el Electrón Beta de Todos esos Protones?

Aunque esto no es plausible físicamente (por ejemplo, el electrón no es una partícula puntual, no puede localizarse en tal punto, etc.), es una cuestión conceptual interesante. Se puede hacer una estimación de la energía de enlace eléctrica, si pudiera colocarse en la superficie del núcleo, tratando el núcleo 32P como una esfera de carga y utilizando el modelo de tamaño nuclear para calcular su radio. Entonces se podría calcular la energía potencial eléctrica.

Para un número de masa A = 32 para ³²P, el modelo de tamaño nuclear da r = 3,8 x 10^-15 m.

Para el ³²P con 15 protones, la carga nuclear Q = 2,40 x 10^-18 culombios.

Usando el radio y la carga, la energía potencial eléctrica del electrón sería ¡KQe/r = -9,09 x 10^-15 J = -5,68 MeV! ¡Es difícil concebir que un electrón se escape de ahí!

Teniendo en cuenta que colocar un electrón en el radio (en el borde del núcleo) no es plausible, obsérvese todo el proceso de desintegración beta desde el punto de vista de las energías de enlace nuclear involucradas. El proceso de desintegración beta debe examinarse desde el punto de vista de la diferencia de energía de enlace entre el núcleo padre y el hijo, y la producción de energía que se distribuye luego a los productos de la desintegración.

La desintegración del 32P puede considerarse un proceso de desintegración beta colectiva, examinado con más detalle arriba. La liberación de energía Q total medida es consistente con los procesos nucleares identificados. Se puede calcular a partir de la diferencia de masas atómicas neutras para 32P y 32S.

El electrón de la desintegración beta del ³²P puede acercarse a la energía de desintegración total de 1,71 MeV, pero tiene un valor medio de aproximadamente 0,7 MeV.

Para otro ejemplo numérico, considérese el de la desintegración beta del bismuto ²¹⁰Bi citado por Krane.

Para la desintegración beta ²¹⁰Bi -> ²¹⁰Po

Para la desintegración beta, que involucra tres partículas, la energía del electrón beta se distribuye desde un valor bajo hasta el rendimiento energético de la desintegración. El antineutrino electrónico transporta la mayor parte de la energía restante, siendo la energía de retroceso del núcleo muy pequeña.

Electrón y Antineutrino

Los primeros estudios del decaimiento beta revelaron un espectro de energía continuo hasta un máximo, a diferencia de la energía previsible de las partículas alfa. Otra anomalía fue el hecho de que el retroceso nuclear no estaba en la dirección opuesta a la del momento del electrón. La emisión de otra partícula era una explicación probable de este comportamiento, pero las investigaciones no encontraron ninguna evidencia de cualquier masa o carga. La interesante historia, relata a Wolfgang Pauli en 1930, proponiendo una partícula hasta entonces no observada, para explicar la distribución continua de energía de los electrones emitidos. Posteriormente, Enrico Fermi llamó a esta partícula neutrino, y desarrolló una teoría de la desintegración beta, en la que el neutrino extraído llevaba la energía que faltaba y el momento. Sin carga y casi sin masa, era difícil de detectar, y hasta 1956 no fue lograda la detección experimental del neutrino. Por razones de simetría, la partícula emitida junto con el electrón del núcleo, se llamó antineutrino. La emisión de un positrón es acompañada por un neutrino.

Positrón y Neutrino

La emisión de un positrón o un electrón, se conoce como decaimiento beta. El positrón es acompañado por un neutrino, una partícula sin masa (?) y sin carga. Debido a la emisión del neutrino, los positrones son emitidos con el mismo tipo de espectro de energía que los electrones en la desintegración beta negativa.

Espectro de Energía Beta

En el proceso del decaimiento beta, se emite bién un electrón, o un positrón. Como también se emite un neutrino o un antineutrino, hay un espectro de energías para el electrón o positrón, dependiendo sobre que fracción de la energía de reacción Q, se lleva la partícula masiva. La forma de esta curva de energía, se puede predecir de la teoría Fermi del decaimiento beta.