O que é radiação beta – Definição

A radiação beta consiste em elétrons livres ou pósitrons em velocidades relativísticas. Essas partículas são conhecidas como partículas beta. Qual é a radiação beta. Dosimetria de Radiação

Formas de radiação ionizante

Interação da radiação com a matéria
Interação da radiação com a matéria

A radiação ionizante é categorizada pela natureza das partículas ou ondas eletromagnéticas que criam o efeito ionizante. Essas partículas / ondas têm diferentes mecanismos de ionização e podem ser agrupadas como:

  • Ionizante direto . Partículas carregadas ( núcleos atômicos, elétrons, pósitrons, prótons, múons etc. ) podem ionizar átomos diretamente por interação fundamental através da força de Coulomb, se transportarem energia cinética suficiente. Essas partículas devem estar se movendo em velocidades relativísticas para alcançar a energia cinética necessária. Mesmo os fótons (raios gama e raios X) podem ionizar átomos diretamente (apesar de serem eletricamente neutros) através do efeito Fotoelétrico e do efeito Compton, mas a ionização secundária (indireta) é muito mais significativa.
    • Radiação alfa . A radiação alfa consiste em partículas alfa em alta energia / velocidade. A produção de partículas alfa é denominada decaimento alfa. As partículas alfa consistem em dois prótons e dois nêutrons unidos em uma partícula idêntica a um núcleo de hélio. As partículas alfa são relativamente grandes e carregam uma carga positiva dupla. Eles não são muito penetrantes e um pedaço de papel pode detê-los. Eles viajam apenas alguns centímetros, mas depositam todas as suas energias por seus caminhos curtos.
    • Radiação beta . A radiação beta consiste em elétrons livres ou pósitrons em velocidades relativísticas. As partículas beta (elétrons) são muito menores que as partículas alfa. Eles carregam uma única carga negativa. Eles são mais penetrantes que as partículas alfa, mas o metal fino de alumínio pode detê-las. Eles podem percorrer vários metros, mas depositam menos energia em qualquer ponto do caminho do que as partículas alfa.
  • Ionizando indiretamente . A radiação ionizante indireta é partículas eletricamente neutras e, portanto, não interage fortemente com a matéria. A maior parte dos efeitos de ionização é devida a ionizações secundárias.
    • Radiação de fótons ( raios gama ou raios X). A radiação de fótons consiste em fótons de alta energia . Esses fótons são partículas / ondas (Dualidade de Partículas de Onda) sem massa de repouso ou carga elétrica. Eles podem viajar 10 metros ou mais no ar. Esta é uma longa distância em comparação com partículas alfa ou beta. No entanto, os raios gama depositam menos energia ao longo de seus caminhos. Chumbo, água e concreto impedem a radiação gama. Os fótons (raios gama e raios X) podem ionizar átomos diretamente através do efeito Fotoelétrico e do efeito Compton, onde o elétron relativamente energético é produzido. O elétron secundário continuará produzindo múltiplos eventos de ionização ; portanto, a ionização secundária (indireta) é muito mais significativa.
    • Radiação de nêutrons . A radiação de nêutrons consiste em nêutrons livres em qualquer energia / velocidade. Os nêutrons podem ser emitidos por fissão nuclear ou pelo decaimento de alguns átomos radioativos. Os nêutrons têm carga elétrica nula e não podem causar ionização diretamente. Os nêutrons ionizam a matéria apenas indiretamente . Por exemplo, quando nêutrons atingem os núcleos de hidrogênio, ocorre radiação de prótons (prótons rápidos). Os nêutrons podem variar de partículas de alta velocidade e alta energia a partículas de baixa velocidade e baixa energia (chamados nêutrons térmicos). Os nêutrons podem viajar centenas de pés no ar sem nenhuma interação.

Radiação Beta

A radiação beta consiste em elétrons livres ou pósitrons em velocidades relativísticas. Essas partículas são conhecidas como partículas beta. As partículas beta são elétrons ou pósitrons de alta energia e alta velocidade emitidos por certos fragmentos de fissão ou por certos núcleos radioativos primordiais, como o potássio-40. As partículas beta são uma forma de radiação ionizante também conhecida como raios beta. A produção de partículas beta é denominada decaimento beta . Existem duas formas de decaimento beta, o decaimento de elétrons (decaimento β) e o decaimento de pósitrons (β + decaimento) . Em um reator nuclearocorre especialmente o decaimento β, porque a característica comum dos produtos de fissão é um excesso de nêutrons ( consulte Estabilidade nuclear ). Um fragmento de fissão instável com excesso de nêutrons sofre β-decaimento, onde o nêutron é convertido em próton, elétron e antineutrino .

decaimento beta
Decaimento beta do núcleo C-14.

Características da radiação beta

As principais características da radiação beta estão resumidas nos seguintes pontos:

  • As partículas beta  são elétrons energéticos, são relativamente leves e carregam uma única carga negativa .
  • Sua massa é igual à massa dos elétrons orbitais com os quais eles estão interagindo e, diferentemente da partícula alfa, uma fração muito maior de sua energia cinética pode ser perdida em uma única interação.
  • O caminho deles não é tão direto. As partículas beta seguem um caminho muito em zigue-zague através do material absorvente. Esse caminho resultante da partícula é maior que a penetração linear (faixa) no material.
  • Como possuem massa muito baixa, as partículas beta atingem principalmente as energias relativísticas.
  • As partículas beta também diferem de outras partículas carregadas pesadas na fração de energia perdida pelo processo radiativo conhecido como bremsstrahlung . Portanto, para proteção contra radiação beta de alta energia, materiais densos são inapropriados.
  • Quando a partícula beta se move mais rápido que a velocidade da luz (velocidade de fase) no material, gera uma onda de choque de radiação eletromagnética conhecida como radiação de Cherenkov .
  • A emissão beta tem o espectro contínuo.
  • Uma partícula beta de 1 MeV pode viajar aproximadamente 3,5 metros no ar.
  • Devido à presença do material de baixo número atômico (Z) da bremsstrahlung   , são apropriados como blindagens de partículas beta.

Blindagem de radiação beta – elétrons

A radiação beta ioniza a matéria mais fraca que a radiação alfa . Por outro lado, os intervalos de partículas beta são mais longos e dependem fortemente da energia cinética inicial da partícula. Alguns têm energia suficiente para se preocupar com a exposição externa. Uma partícula beta de 1 MeV pode viajar aproximadamente 3,5 metros no ar. Tais partículas beta podem penetrar no corpo e depositar a dose nas estruturas internas próximas à superfície. Portanto, é necessária uma blindagem maior do que no caso de radiação alfa.

Materiais com baixo número atômico Z são apropriados como blindagens de partículas beta. Nos materiais com alto teor de Z, a bremsstrahlung (radiação secundária – raios X) está associada. Essa radiação é criada durante a desaceleração das partículas beta, enquanto elas viajam em um meio muito denso. Roupas pesadas, papelão grosso ou chapa fina de alumínio fornecerão proteção contra radiação beta e impedirão a produção do bremsstrahlung.

Veja também mais teoria: Interação da radiação beta com a matéria

Veja também calculadora: atividade beta para dose 

Blindagem de radiação beta – Positrons

As forças de coulombe que constituem o principal mecanismo de perda de energia para os elétrons estão presentes tanto para a carga positiva quanto negativa na partícula e constituem o principal mecanismo de perda de energia também para os positrons. Qualquer que seja a interação, envolva uma força repulsiva ou atraente entre a partícula incidente e o elétron orbital (ou núcleo atômico), o impulso e a transferência de energia para partículas de igual massa  são praticamente os mesmos . Portanto, os pósitrons interagem de maneira semelhante com a matéria  quando são energéticos . A trilha de pósitrons no material é semelhante à trilha de elétrons. Até a perda de energia e o alcance específicos são os mesmos para as energias iniciais iguais.

No final de seu caminho , os pósitrons diferem significativamente dos elétrons. Quando um pósitron (partícula de antimatéria) pára, ele interage com um elétron (partícula de matéria), resultando na aniquilação de ambas as partículas e na conversão completa de sua massa de repouso em energia pura (de acordo com a fórmula E = mc 2 ) na forma de dois raios gama de  0,511 MeV direcionados de maneira oposta (fótons).

Portanto, qualquer blindagem de pósitron deve incluir também uma blindagem de raios gama. A fim de minimizar o rompimento da barreira, é apropriado um escudo contra radiação de várias camadas. O material da primeira camada deve atender aos requisitos para blindagem negativa da radiação beta . A primeira camada desse escudo pode ser, por exemplo, uma fina placa de alumínio (para proteger pósitrons), enquanto a segunda camada desse escudo pode ser um material denso, como chumbo ou urânio empobrecido.

Veja também: Blindagem de radiação gama

Alpha Particle - Cloud Chamber
Partículas alfa e elétrons (desviados por um campo magnético) de uma haste de tório em uma câmara de nuvens.
Fonte: wikipedia.org
Bremsstrahlung vs. Ionização
Perda de energia fracionária por comprimento de radiação no chumbo em
função da energia do elétron ou do pósitron. Fonte: http://pdg.lbl.gov/
Espectro de energia do decaimento beta
A forma dessa curva de energia depende de qual fração da energia da reação (valor Q – a quantidade de energia liberada pela reação) é transportada pelo elétron ou neutrino.

A forma dessa curva de energia depende de qual fração da energia da reação (valor Q – a quantidade de energia liberada pela reação) é transportada pelo elétron ou neutrino.

Blindagem da radiação alfa e beta

Materiais básicos para blindagem de partículas beta.

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