Particelle beta

Le particelle beta sono particelle subatomiche che sono emesse dal nucleo di un atomo durante il decadimento radioattivo. Questo tipo di particelle hanno piccole dimensioni e sono in rapido movimento con una carica elettrica negativa che sono emesse dal nucleo di un atomo durante il decadimento di un nucleo instabile.

Le particelle beta, ora note come beta meno (β^–) unitamente alle particelle alfa, furono classificate nel 1899 da Ernest Rutherford sulla base del loro potere penetrante e sulla loro capacità di provocare la ionizzazione. Queste particelle vengono emesse da alcuni atomi instabili come, ad esempio, il trizio, isotopo dell’idrogeno che ha numero di massa 3 e numero atomico 1, il carbonio-14 che ha numero atomico 6 e lo stronzio-90 che ha numero atomico 38.

Le particelle beta sono più penetranti rispetto alle particelle alfa, ma sono meno dannose per i tessuti viventi e il DNA perché sono meno ionizzanti. Viaggiano più lontano delle particelle alfa nell’aria, ma si possono fermare da uno strato di materiale come l’alluminio. Alcuni tipi di particelle beta sono in grado di penetrare la pelle e causare danni come ustioni cutanee. Le particelle beta sono tuttavia meno penetranti dei raggi gamma.

Carica e massa delle particelle beta

Durante il decadimento del nucleo di un atomo che avviene tramite decadimento beta, è emessa una particella beta che può essere caricata negativamente β^– detta negatrone o positivamente detta positrone β⁺.

Un negatrone, è un elettrone emesso da un radionuclide che determina la conversione di un neutrone in un protone mentre un positrone, la cui esistenza fu scoperta nel 1932 dal fisico statunitense Carl David Anderson, detto anche antielettrone è l’antiparticella dell’elettrone e pertanto ha carica elettrica +e, uguale e opposta a quella dell’elettrone. Pertanto la carica delle particelle beta meno è pari a 1.602176634 ·10⁻¹⁹ coulombs mentre quella delle particelle beta più ha segno negativo.

Le particelle beta, come l’elettrone, hanno una massa molto piccola rispetto a quella del protone che ha massa 1.67262192· 10^-27 kg e rispetto a quella del neutrone che è pari a 1.674927351 · 10⁻²⁷. La massa delle particelle beta è pari a 1/1836 rispetto a quella del protone e 1/1838 rispetto a quella del neutrone.

L’energia delle particelle beta varia notevolmente ed è molto piccola nel caso del trizio e dello zolfo, ma piuttosto grande nel caso, ad esempio, del fosforo e del sodio.

Decadimento beta

Il decadimento beta, osservato nel 97% dei nuclei instabili, è la forma più comune di decadimento radioattivo e, a seconda che sia emesso un negatrone o un positrone, avviene in uno dei due modi. Nel primo caso, detto decadimento β^– un nucleo atomico instabile emette un elettrone e un antineutrino mentre avviene la conversione di un neutrone in un protone.

Un esempio di decadimento beta meno è quello del carbonio 14 il quale emette un elettrone, indicato generalmente come ⁰_-1e o come β^–. Il carbonio 14 ha numero atomico 6 e numero di massa 14 e contiene, nel proprio nucleo, 6 protoni e 8 neutroni.

La conversione di un neutrone in protone porta a 7 il numero atomico che è quello dell’azoto. Il numero di neutroni diminuisce di una unità e il numero di protoni aumenta di una unità pertanto il numero di massa rimane uguale e pari a 14. Pertanto si può scrivere:
¹⁴₆C → ¹⁴₇N + ⁰_-1e

L’emissione di particelle beta meno da parte dell’elio può essere scritta come in figura:

Nel secondo caso, detto decadimento β⁺, il nucleo instabile emette un positrone e un neutrino mentre avviene la conversione di un protone in un neutrone quindi il numero di massa rimane costante mentre il numero atomico diminuisce di una unità. Un esempio è costituito dall’ossigeno 15 che dà luogo alla formazione di azoto 15:
¹⁵₈O → ¹⁵₇N + ⁰_-1e

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