Бета частица и излучение: что представляет собой физическая природа лучей

Излучением в физике называется способ передачи энергии в виде элементарных частиц либо волн, распространяющихся в материальной среде, вакууме. Излучения разделяют на спектры в зависимости от длины волны. Одно из них – β-частицы. Рассмотрим, что такое бета-частицы, какова физическая природа и спектр β-излучения.

Что собой представляет бета-излучение

β-частицы относятся к радиоактивному излучению. Бета-излучение — это поток элементарных частиц (ЭЧ), которые испускают атомные ядра и свободные нейтроны в процессе распада. При электронном расщеплении атомные ядра испускают электроны e-, иногда – с протонами, в случае позитронной реакции – позитроны e⁺. Когда расщепляется свободный нейтрон (n) появляются протон с антинейтрино и электроном: n → р + е^- + v.

Для определения физической природы бета-излучения необходимо измерить вес m и заряд Q испускаемых частичек. Это несложно. Необходимо определить переносимый квантами заряд за определённое время и посчитать их количество. Заряд одной ЭЧ равняется:

q = Q / N

С массой сложнее, ведь скорость квантов неизвестна. Для её определения проводятся эксперименты по отклонению ЭЧ в электрическом и магнитном полях. Они дадут пару приблизительных отношений между массой и скоростью движения. После вычислений получится значение, близкое к массе электрона. Заряды β-кванта и электрона совпадают, если они противоположные – значит, наблюдается позитрон.

Отсюда следует, что бета-лучи – это быстро вылетающие из атомов радиоактивных веществ электроны либо позитроны в зависимости от потенциала. Они разгоняются до 0,99% скорости света и переносят энергию до пары десятков МэВ.

Бета-частицы – это заряженные ЭЧ, они взаимодействуют с материей, попадающейся на пути. На траектории движения, называемой треком, оставляют ионизированные молекулы с атомами. Во время наблюдения в пузырьковой камере Вильсона трек имеет закрученную форму, которая даёт представление об отношении заряда ЭЧ к её массе.

Теоретическое обоснование явления предложил Ферми в 1930 году.

Спектр бета-излучения

Β-частицы имеют сплошной спектр, ведь при расщеплении W-бозона образовавшаяся энергия произвольно распределяется между продуктами реакции. При этом могут возникать любые комбинации электрона с нейтрино. На пиковую энергию влияет тип бета-распада. Энергетический потенциал ЭЧ находится в пределах: 18 кэВ (например, тритий) … 20 МэВ (литий-11). Вследствие воздействия сил Кулона диапазон может смещаться, ведь они ускоряют либо замедляют частички.

Когда во время распада происходит возбуждение ядра, его энергия отдаётся расположенным на оболочках электронам – явление внутренней конверсии. Тогда на спектре наблюдаются выраженные пики, как в случае с альфа-лучами.

Тесты

Бета-излучение представляет собой поток:

• Бозонов, позитронов, нейтрино.
• Нейтронов, квантов, нейтрино.
• Нейтронов, позитронов, электронов.