Диагностика рака и производство бумаги: где используют бета-излучение?

Для того, чтобы атомное ядро было стабильным, в нем должно быть определенное соотношение числа протонов. Если в ядре слишком много нейтронов, один или несколько из них превращаются в протоны и испускают бета-частицу — быстро движущийся электрон, и еще одну частицу — антинейтрино. Это и есть бета-распад, сопровождающийся бета-излучением (потоком быстро движущихся электронов).

Масса бета-частицы составляет 0.0005 массы протона, заряд — отрицательный. По всем параметрам они совпадают с электронами — следовательно, это электроны.

При этом атомный вес распавшегося ядра не изменяется, поскольку масса электрона (по сравнению с массой протона или нейтрона) незначительна. Но изменяется атомный номер, и ядро снова становится стабильным, достигая требуемого соотношения протонов и нейтронов.

Типичные источники бета-излучения — это такие элементы, как стронций 90, технеций 99, цезий-137, углерод-14, сера-35 и тритий.

Свойства бета лучей

Бета-частицы быстро теряют энергию из-за взаимодействия с атомами на их пути и имеют случайный путь при движении через воздух или другие материалы. Бета-частица с энергией порядка 1 МэВ (мегаэлектронвольт) может перемещаться по воздуху примерно на 3,5 метра.

В то же время проникающая способность бета-лучей все же больше, чем у альфа-излучения: у бета-частиц достаточно энергии, чтобы проникнуть в человеческую кожу, хотя и недостаточно, чтобы пройти через нее. Таким образом, в отличие от альфа-частиц, бета-частицы пройдут сквозь лист бумаги, но их легко остановит тонкий лист плексигласа или алюминия.

Обычному человеку кажется, что от любой «радиации» лучше всего защищает бункер из стали и свинца. Но в данном случае это не так. Надо учесть, что бета-излучение способно порождать гамма-излучение: поскольку электроны (бета-частицы) имеют высокую энергию, то при столкновении с атомами препятствия их энергия преобразуется в гамма-излучение. В плотных материалах, как сталь и свинец, при столкновении излучается один высокоэнергетичный гамма-квант. А вот в менее плотных материалах происходит целый каскад столкновений и излучается несколько гамма-квантов меньших энергий. Так что, парадоксально, но лист пластика или резиновые перчатки — это лучшая защита от бета-излучения, чем толща стали или свинца.

Каковы свойства бета-лучей в биологии? При попадании в живой организм бета-частицы повреждают клетки и ткани, хотя и в меньшей степени, чем альфа-излучение.

Как используют бета-частицы?

Средняя, посередине между альфа- и гамма-излучением, проникающая способность бета-частиц обеспечивает им ряд полезных применений, в том числе:

— датчики толщины для контроля качества тонких материалов, например, бумаги.

— при лечении рака глаз и костей путем облучения обычно используются стронций-90 или стронций-89 — бета-частицы.

— тритий используется в некоторых фосфоресцентных осветительных приборах, как правило, для аварийного освещения, когда нет источника электронергии.

— фтор-18 обычно используется в качестве индикатора для позитронно-эмиссионной томографии (ПЭТ) — это современное медицинское исследование для точной диагностики онкозаболеваний и выявления метастазов.

Читайте также:

В Германии грибы до сих пор заражены радиацией после Чернобыльской катастрофы

Радиация, микрогравитация, голод: ученые объяснили, почему на Марсе не будет детей