Partícula beta para niños
Datos para niños Partícula beta β |
||
|---|---|---|
| Clasificación | Fermión | |
| Composición | Electrón o Positrón | |
| Grupo | Leptón | |
| Interacción | Interacción débil | |
| Masa | 0,511 MeV/c2 | |
| Espín | 1/2 | |
Una partícula beta, también conocida como rayos beta o radiación beta (símbolo β), es un electrón o un positrón (que es como un electrón pero con carga positiva) que se mueve muy rápido y tiene mucha energía. Estas partículas son liberadas cuando el núcleo de un átomo se descompone de forma natural en un proceso llamado desintegración radiactiva.
Existen dos tipos principales de desintegración beta: la desintegración β⁻, que produce electrones, y la desintegración β⁺, que produce positrones. Cuando un átomo emite una partícula beta, su carga eléctrica cambia, pero su masa total no varía. Esto ocurre porque un neutrón dentro del núcleo se transforma en un protón (o viceversa), liberando la partícula beta. Es importante saber que el electrón o positrón que se emite proviene del núcleo del átomo, no de sus capas externas.
A diferencia de la radiación alfa, la energía de las partículas beta puede variar mucho, desde casi cero hasta un valor máximo. Esta energía máxima suele estar entre cientos de kiloelectronvoltios y algunos megaelectronvoltios, y depende del tipo específico de desintegración. El nombre "beta" viene de que fue el segundo tipo de radiación descubierto, después de la alfa y antes de la gamma, mostrando una capacidad de penetración intermedia en los materiales.
Contenido
¿Cómo se forman las Partículas Beta?
Las partículas beta se forman en el núcleo de los átomos cuando estos son inestables y buscan alcanzar una forma más estable. Este proceso se llama desintegración beta.
Desintegración Beta Negativa (β⁻)
Un núcleo atómico que tiene demasiados neutrones puede experimentar una desintegración β⁻. En este proceso, un neutrón se convierte en un protón, un electrón (la partícula beta) y una partícula muy pequeña llamada antineutrino electrónico.
Este cambio ocurre gracias a una de las fuerzas fundamentales de la naturaleza, la interacción débil. A un nivel aún más pequeño, un tipo de partícula llamada "cuark abajo" dentro del neutrón se transforma en un "cuark arriba", convirtiendo el neutrón en un protón. El electrón y el antineutrino son liberados en este proceso.
La desintegración β⁻ es común en los productos que se forman en los reactores nucleares. Los neutrones libres también se desintegran de esta manera. Ambos procesos producen muchas partículas beta y antineutrinos.
Desintegración Beta Positiva (β⁺)
Los núcleos atómicos que tienen demasiados protones pueden experimentar una desintegración β⁺, también conocida como emisión de positrones. Aquí, un protón se convierte en un neutrón, un positrón (la partícula beta positiva) y un neutrino electrónico.
La desintegración β⁺ solo puede ocurrir si el núcleo resultante es más estable (tiene menos energía) que el núcleo original.
¿Cómo se representan las desintegraciones Beta?
Los científicos usan diagramas para mostrar cómo se desintegran los átomos. Por ejemplo, el diagrama de desintegración del Cesio-137 (Cs-137) muestra que este átomo se desintegra por emisión beta. La radiación gamma que se asocia con el Cs-137 en realidad es emitida por el Bario-137m, que es el átomo hijo que se forma. El diagrama muestra el tipo y la energía de la radiación emitida, su cantidad y los nuevos átomos que se forman.
El Fósforo-32 (P-32) es otro átomo que emite partículas beta y se usa mucho en medicina. Tiene una vida media de unos 14 días y se desintegra en Azufre-32 (S-32) de la siguiente manera:
32
15P → 32
16S + e−
+ ν
e
En esta desintegración se libera energía. La energía del electrón beta varía, y el resto de la energía es transportada por el antineutrino, que es muy difícil de detectar. Las partículas beta del Fósforo-32 son de energía moderada y pueden ser bloqueadas por aproximadamente un metro de aire o 5 milímetros de vidrio acrílico.
¿Cómo interactúan las Partículas Beta con la materia?
De los tres tipos comunes de radiación (alfa, beta y gamma), la radiación beta tiene una capacidad de penetración y de ionización (quitar electrones a los átomos) intermedia. Aunque la energía de las partículas beta varía, la mayoría pueden ser detenidas por unos pocos milímetros de aluminio. Sin embargo, cuando las partículas beta se frenan en un material, pueden emitir rayos X secundarios, que son más difíciles de detener. Por eso, a veces se usan materiales más ligeros para el blindaje, ya que producen rayos X de menor energía.
Como las partículas beta tienen carga eléctrica, son más ionizantes que la radiación gamma. Al pasar a través de la materia, una partícula beta se frena por interacciones electromagnéticas y puede emitir rayos X de frenado.
En el agua, la radiación beta de muchos materiales radiactivos puede viajar más rápido que la velocidad de la luz en el agua (que es el 75% de la velocidad de la luz en el vacío). Esto produce una luz azul brillante llamada Radiación de Cherenkov. Esta luz se puede ver en los reactores nucleares que están bajo el agua.
Detección y Medición de la Radiación Beta
Los instrumentos que detectan y miden la radiación beta funcionan aprovechando cómo estas partículas interactúan con la materia, ya sea ionizándola (quitando electrones) o excitándola (dándole energía). Por ejemplo, la ionización del gas se usa en las cámaras de ionización y en los contadores Geiger-Müller. La excitación de ciertos materiales que brillan (llamados centelleadores) se usa en los contadores de centelleo.
Para medir la radiación, se usan diferentes unidades:
- El gray (Gy) es la unidad que mide la cantidad de energía de radiación que un material absorbe. Para las partículas beta, esta medida es igual a la dosis equivalente en sievert (Sv), que indica el efecto biológico en los tejidos humanos. Las partículas beta tienen un factor de ponderación de 1, mientras que las partículas alfa tienen un factor de 20, lo que significa que las alfa son mucho más dañinas para los tejidos.
- El rad y el rem son unidades antiguas que aún se usan en algunos lugares, como Estados Unidos.
¿Para qué se usan las Partículas Beta?
Las partículas beta tienen varias aplicaciones útiles:
- Se pueden usar en tratamientos médicos para ciertas enfermedades de los ojos y de los huesos.
- También se usan como "trazadores" en investigación, donde se introducen en un sistema para seguir un proceso. El Estroncio-90 es un material común para producir partículas beta en estas aplicaciones.
- En el control de calidad, las partículas beta se usan para verificar el grosor de materiales como el papel mientras se fabrican. Una parte de la radiación beta es absorbida al pasar por el producto. Si el producto es demasiado grueso o delgado, se absorberá una cantidad diferente de radiación. Un programa de computadora puede entonces ajustar la maquinaria para corregir el grosor.
- Un dispositivo de iluminación llamado betalight contiene tritio y un material que brilla (fósforo). A medida que el tritio se desintegra, emite partículas beta que golpean el fósforo, haciendo que este emita luz. Esta iluminación no necesita energía externa y dura mucho tiempo, aunque la cantidad de luz se reduce a la mitad cada 12.32 años, que es la vida media del tritio.
- La desintegración beta positiva (o emisión de positrones) de un isótopo radiactivo se usa en la tomografía por emisión de positrones (PET), una técnica de imagen médica.
Historia de las Partículas Beta
Henri Becquerel, mientras investigaba la fluorescencia, descubrió por accidente que el uranio emitía una radiación desconocida que podía afectar una placa fotográfica envuelta en papel oscuro. Esto ocurrió en 1896.
Más tarde, en 1913, Kasimir Fajans y Soddy formularon las leyes de desplazamiento radiactivo, que explicaban cómo las series de desintegración natural se producían a través de desintegraciones alfa y beta. La idea de que las partículas beta, al igual que las alfa, provenían del núcleo del átomo, se consolidó alrededor de 1913 gracias a los trabajos de Ernest Rutherford y su equipo.
Al principio, se pensaba que las partículas beta tenían un espectro de energía fijo, como las partículas alfa. Sin embargo, experimentos de Lise Meitner, Otto Hahn y Otto von Baeyer en 1911, y luego de Jean Danysz en 1913, mostraron un espectro más complejo y continuo para las partículas beta. Esto significaba que las partículas beta podían tener una variedad de energías.
Para explicar por qué parecía que se perdía energía en la desintegración beta, Wolfgang Pauli sugirió en 1930 la existencia de una partícula elemental neutra y muy ligera, a la que llamó "neutrón". Enrico Fermi cambió este nombre a "neutrino" (que significa "pequeño neutro" en italiano) en 1931, para distinguirlo del neutrón, que se había descubierto casi al mismo tiempo y era mucho más pesado. En 1933, Fermi publicó una descripción teórica de la desintegración beta. La primera prueba experimental del neutrino se logró en 1956.
La identidad de las partículas beta con los electrones atómicos fue demostrada en 1948 por Maurice Goldhaber y Gertrude Scharff-Goldhaber. La desintegración β⁺ fue descubierta en 1934 por Irène y Frédéric Joliot-Curie.
Ernest Rutherford continuó estos experimentos y descubrió dos tipos diferentes de radiación:
- Partículas alfa: que no aparecían en las placas de Becquerel porque eran fácilmente absorbidas.
- Partículas beta: que eran 100 veces más penetrantes que las partículas alfa.
Rutherford publicó sus resultados en 1899. En 1900, Becquerel midió la relación entre la masa y la carga de las partículas beta, usando el mismo método que J.J. Thomson había usado para estudiar los rayos catódicos e identificar el electrón. Becquerel encontró que esta relación era la misma para las partículas beta y los electrones de Thomson, lo que sugería que la partícula beta era, de hecho, un electrón.
¿Son seguras las Partículas Beta?
Las partículas beta pueden penetrar moderadamente en los tejidos vivos. Pueden causar cambios en el ADN de las células.
Sin embargo, las fuentes de partículas beta también se pueden usar en radioterapia para ayudar a eliminar células que causan enfermedades.
Galería de imágenes
-
La luz azul de Cherenkov que se emite desde un reactor TRIGA se debe a partículas beta de alta velocidad que viajan más rápido que la velocidad de la luz en el agua.
-
Radiación beta detectada en una cámara de nubes de isopropanol (tras la inserción de una fuente artificial de estroncio-90).
Véase también
En inglés: Beta particle Facts for Kids
