fdsfdsfdsTia beta fdsfds

Tia Beta
I.

Định nghĩa

Tia Beta gặp trong các trường hợp hạt nhân không ổn định và tuy không quá
nặng nhưng lại có nhiều proton hay notron. Khi có nhiều notron sự biến đổi
notron thành proton phát sinh một điện tử(-), tốc độ cao, hạt ß (-). Khi có nhiều
protron, sự biến đổi ngược lại và phát sinh một điện tử (+) hay một positron
hoặc hạt ß (+).
Như vậy, tia ß là chùm điện tử, phát sinh ra từ hạt nhân nguyên tử, có kèm theo
hiện tượng hạt nhân trung hoà (nơtron) biến thành hạt mang điện (protron)
hoặc ngược lại.
II.

Nguồn gốc.

1.Phân rã
Là hạt electron (e) với khối lượng m = 9,1.10-31 kg, điện tích bằng điện tích
electron e = -1,6.10 -19.
Phân rã beta xảy ra khi hạt nhân phóng xạ thừa neutron. Tức là tỉ sốquá
cao hơn đường cong bền của hạt nhân. Khi phân rã beta, hạt nhân ban đầu zXA
chuyển thành hạt nhân z+1 YA và phát ra hạt electron cùng phản hạt neutrino
V.

Trong đó M(Z,A), M(Z+1,A) và me là khối lượng hạt nhân , và khối lượng
electron. Tuy nhiên trong thực tế người ta không đo khối lượng hạt nhân mà đo
khối lượng nguyên tử, do đó thay khối lượng các hạt nhân trên thành khối
lượng nguyên tử trước phân rã và sau phân rã như sau:
= M(Z, A) + và = M(Z +1, A) + (
Khi đó điều kiện phân rã ß- thành: >

2.Phân rã ß+


Là hạt positron có khối lượng bằng khối lượng electron song có điện tích
dương + 1e . Phân rã positron xảy ra khi hạt nhân có tỉ số quá thấp và phân rã
alpha không xảy ra do không thỏa mãn điều kiện về năng lượng theo công
thức:

Khác với electron, hạt positron không tồn tại lâu trong tự nhiên. Positron
gặp electron trong nguyên tử và hai hạt hủy nhau cho ra hai tia gamma có năng
lượng bằng nhau là 0,511 Mev .
Đối với phân rã ß+ thì điều kiện về khối lượng hạt nhân là:
M ( Z, A) > M ( Z -1, A) + me
Còn điều kiện với khối lượng nguyên tử là: Mị > Mf + 2me
Mi = M(Z, A) + Zme và Mf = M(Z -1, A) + (Z - 1) me
III.

Tính chất.

1.Sự ion hóa
Do hạt beta mang điện tích nên cơ chế tương tác của nó với vật chất là
tương tác tĩnh điện với các electron quỹ đạo làm kích thích và ion hóa các
nguyên tử môi trường. Trong trường họp nguyên tử môi trường bị ion hóa, hạt
beta mất một phần năng lượng E t để đánh bật một electron quỹ đạo ra ngoài.
Động năng E k của electron bị bắn ra liên hệ với năng lượng ion hóa của
nguyên tử E và độ mất năng lượng E t như sau:
Ek = Et-E
Trong đố năng lượng ion hóa E được xác định theo công thức:
E = Rh( -1) = -Rh
Trong nhiều trường hợp electron bắn ra có động năng đủ lớn để có thể ion

hóa nguyên tử tiếp theo, đó là electron thứ cấp (delta electron). Do hạt beta chỉ
mất một phần năng lượng để ion hóa nguyên tử, nên dọc theo đường đi của


mình, nó có thể gây ra thêm một số lớn cặp ion. Năng lượng trung bình để sinh
một cặp ion thường gấp 2 đến 3 lần năng lượng ion hóa. Bởi vì, ngoài quá trình
ion hóa, hạt beta còn mất năng lượng do kích thích nguyên tử.
Do hạt beta có khối lượng bằng khối lượng electron quỹ đạo nên va chạm
giữa chúng làm hạt beta chuyển động lệch khỏi hướng ban đầu. Do đó, hạt beta
chuyền động theo đường cong khúc khuỷu sau nhiều lần va chạm trong môi
trường hấp thụ và cuối cùng sẽ dừng lại khi mất hết năng lượng.
2. Độ ion hóa riêng.
Độ ion hóa riêng là số cặp ion được tạo ra khi hạt beta chuyển động được
một centimet trong môi trường hấp thụ. Độ ion hóa riêng khá cao đối vối các
hạt beta năng lượng thấp, giảm dần khi tăng năng lượng hạt beta và đạt cực
tiểu ở năng lượng khoảng 1 MeV, rồi sau đó tăng chậm( hình 1.1 ).

Độ ion hóa riêng được xác định qua tốc độ mất năng lượng tuyến tính của
hạt beta do ion hóa và kích thích, một thông số quan trọng dùng để thiết kế
thiết bị đo liều bức xạ và tính toán hiệu ứng sinh học của bức xạ. Tốc độ mất
năng lượng tuyến tính của hạt beta tuân theo công thức:


={ln -} MeV/cm
Trong đó: q = l,6.C, điện tích của electron.
N là số nguyên tử chất hấp thụ trong 1 cm3.
Z là số nguyên tử của chất hấp thụ.
NZ = 3,88.102 8 / số electron của không khí ở nhiệt độ 0°c và
áp suất 76 cm thủy ngân.
= 0,51 MeV, năng lượng tĩnh của electron.

là động năng của hạt beta.
β = v/c , trong đó v là vận tốc của hạt beta còn c = 3.1010cm/s.
I = 8,6.MeV đối với không khí và I=l,36.Z (MeV) đối với các
chất hấp thụ khác, là năng lượng ion hóa và kích thích của nguyên tử chất hấp
thụ.
Nếu biết trước đại lượng w, là độ mất năng lượng trung bình sinh cặp ion,
thì độ ion hóa riêng s được tính theo công thức sau:
s=
Trong đó c.i là cặp ion.
3. Hệ số truyền năng lượng tuyến tính
Độ ion hóa riêng được dùng xem xét độ mất năng lượng do ion hóa. Khi
quan tâm đến môi trường hấp thụ, thường sử dụng tốc độ hấp thụ năng lượng
tuyến tính của môi trường khi hạt beta đi qua nó. Đại lượng xác định tốc độ
hấp thụ năng lượng nói trên là hệ số truyền năng lượng tuyến tính.
Hệ số truyền năng lượng tuyến tính LET (Linear Energy Transfer) được
định nghĩa theo công thức sau:
LET=
Trong đó d là năng lượng trung bình mà hạt beta truyền cho môi trường hấp
thụ khi đi qua quãng đường dài dl. Đơn vị đo thường dùng đối với LET là keV
/ μm.


4.Bức xạ hãm
Khi hạt beta đến gần hạt nhân, lực hút Coulomb mạnh làm nó thay đổi đột
ngột hướng bay ban đầu và mất năng lượng dưới dạng bức xạ điện từ, gọi là
bức xạ hãm, hay Bremsstrahlung. Năng lượng bức xạ hãm phân bố liên tục từ 0
đến giá trị cực đại bằng động năng của hạt beta. Khó tính toán dạng của phân
bố năng lượng các bức xạ hãm nên người ta thường sử dụng các đường cong
đo đạt thực nghiệm.
Để đánh giá mức độ nguy hiểm của bức xạ hãm, người ta thường dùng công

thức gần đúng sau đây:
f = 3,5. Z
Trong đó f là phần năng lượng tia beta chuyển thành photon, z là số nguyên
tử của chất hấp thụ và (MeV) là năng lượng cực đại của hạt beta.
5.Quãng chạy của hạt beta trong vật chất
Do hạt beta mất năng lượng dọc theo đường đi của mình nên nó chỉ đi được
một quãng đường hữu hạn. Như vậy, nếu cho một chùm tia beta đi qua bản vật
chất, chùm tia này bị dừng lại sau một khoảng đường đi nào đó. Khoảng đường
đi này gọi là quãng chạy (range) của hạt beta, quãng chạy của hạt beta phụ
thuộc vào năng lượng tia beta và mật độ vật chất của môi trường hấp thụ. Biết
được quãng chạy của hạt beta với năng lượng cho trước có thể tính được độ
dày của vật che chắn làm từ vật liệu cho trước. Một đại lượng thường dùng khi
tính toán thiết kế che chắn là độ dày hấp thụ một nữa (absorber half thickness), tức là độ dày của chất hấp thụ làm giảm số hạt beta ban đầu còn lại
1/2 sau khi đi qua bản hấp thụ. Đo đạc thực nghiệm cho thấy độ dày hấp thụ
một nửa vào khoảng 1/8 quãng chạy. Hình 1.2 trình bày sự phụ thuộc quãng
chạy cực đại của các hạt beta vào năng lượng của chúng đối với một số chất
hấp thụ thông dụng. Hình 1.2 cho thấy rằng quãng chạy của hạt beta với năng
lượng cho trước giảm khi tăng mật độ chất hấp thụ.


Hình 1.2: Năng lượng hạt beta, MeV.
Ngoài bề dày tuyến tính d (linear thickness) tính theo centimet người ta còn
dùng bề dày mật độ d m (density thickness) tính theo mật độ diện tích, đơn vị
g/cm2, được xác định như sau:
dm(g/cm2) = p(g/cm3).d (cm)
Trong đó: p là mật độ khối của chất hấp thụ tính theo g/cm3.
Việc sử dụng bề dày mật độ làm dễ dàng cho việc tính toán vì khi đó bề dày
không phụ thuộc vào vật liệu cụ thể.

Hình 1.3 trình bày đường cong miêu tả sự phụ thuộc quãng chạy của hạt
beta tính theo đon vị bề dày mật độ vào năng lượng của nó. Đường cong này
dùng thay cho các đường cong trên hình 1.2 khi tính quãng chạy theo đơn vị bề
dày mật độ.
Đường cong quãng chạy - năng lượng trên hình 1.3 được biểu diễn bằng công
thức sau đây:
Đối với miền năng lượng beta 0,01 ≤ E ≤ 2,5 MeV

Trong đó R là quãng chạy, tính theo mg/cm2 và E là năng lượng cực đại của tia
beta, tính theo đơn vị MeV.
6.Phổ năng lượng của β
Khác với phân rã alpha, trong phân rã beta có hai hạt bay ra là electron và
phản neutrino. Do đó phân bố năng lượng trong phân rã beta không phải chỉ
quan tâm đến năng lượng tổng cộng mà cả phân bố năng lượng giữa hai hạt
bay ra. Ở đây bỏ qua năng lượng giật lùi rất bé của hạt nhân con. Do tính chất
thống kê của quá trình phân rã nên sự phân chia năng lượng electron và phản
neutrino trong một phân rã là ngẫu nhiên, và năng lượng electron có thể có giá
trị bất kỳ từ 0 đên năng lượng cực đại khả dĩ Emax. Tuy nhiên với một số lớn
phân rã beta thì phân bố năng lượng của electron không phải là ngẫu nhiên mà
có dạng xác định. Phân bố năng lượng này gọi là phổ electron của phân rã beta.
Khác với phổ alpha là phổ vạch, tất cả các hạt alpha trong cùng mỗi
nhóm có năng lượng như nhau. Trong khi phổ beta là liên tục có dạng như hình
vẽ:


0

0,5

1,0

1,5

Năng lượng hạt beta, MeV
Hình 1.4: Phổ năng lượng electron trong phân
rã beta của đồng vị phóng xạ P32

7. Tính đâm xuyên.
Tia beta là các điện tử, sức xuyên thấu của nó mạnh hơn so với tia alpha nhưng
có thể bị chặn lại bằng tấm kính mỏng hoặc tấm kim loại. Sẽ nguy hiểm nếu
hấp thụ vào cơ thể những chất phát ra tia beta.