Dosimetría de radiación

La desintegración beta o desintegración β representa la desintegración de un núcleo padre a una hija a través de la emisión de la partícula beta. Esta transición ( β ^– decaimiento ) puede ser caracterizado como:

Si un núcleo emite una partícula beta, pierde un electrón (o positrón). En este caso, el número de masa del núcleo hijo sigue siendo el mismo, pero el núcleo hijo formará un elemento diferente.

Ejemplo de decadencia beta

Neutron libre

Un neutrón libre  es un neutrón que no está limitado en un núcleo. El neutrón libre es, a diferencia de un neutrón limitado, sujeto a  la desintegración beta radiactiva .

Se descompone en un protón, un electrón y un antineutrino (el equivalente de antimateria del neutrino, una partícula sin carga y con poca o ninguna masa). Un neutrón libre decaerá con una vida media de  aproximadamente 611 segundos  (10.3 minutos). Esta descomposición implica  la interacción débil  y está asociada con una transformación de quark (un quark hacia abajo se convierte en un quark hacia arriba). La descomposición del neutrón es un buen ejemplo de las observaciones que condujeron al descubrimiento del  neutrino . Debido a que se descompone de esta manera, el neutrón no existe en la naturaleza en su estado libre, excepto entre otras partículas altamente energéticas en los rayos cósmicos. Como los neutrones libres son  eléctricamente neutros, pasan a través de los campos eléctricos dentro de los átomos sin ninguna interacción y están interactuando con la materia casi exclusivamente a través de colisiones relativamente raras con núcleos atómicos.

Cabe señalar que un protón no puede descomponerse en el espacio libre . Es decir, un protón puede sufrir descomposición, pero solo dentro de un núcleo. Se debe a la conservación del número de bariones que se ha establecido como un principio básico de la física. Este principio proporciona la base para la estabilidad del protón . Dado que el protón es la partícula más ligera entre todos los bariones, los productos hipotéticos de su descomposición tendrían que ser no bariones.

Ver también: estabilidad del protón

Descubrimiento de Neutrino

El estudio de la desintegración beta proporcionó la primera evidencia física de la  existencia del neutrino . El  descubrimiento del neutrino  se basa en la  ley de conservación de la energía  durante el proceso de desintegración beta.

La desintegración beta o desintegración β representa la desintegración de un núcleo padre a una hija a través de la emisión de la partícula beta. Esta transición ( β ^– decaimiento ) puede ser caracterizado como:

La desintegración beta se rige por la interacción débil . Durante una desintegración beta de los dos abajo quarks se transforma en un quark arriba emitiendo un W ^– Higgs (se lleva una carga negativa). El W ^– Higgs luego se desintegra en un partícula beta y un antineutrino . Este proceso es equivalente al proceso, en el que un neutrino interactúa con un neutrón.

Como se puede ver en la figura, la interacción débil cambia un sabor de quark a otro. Tenga en cuenta que, el modelo estándar cuenta seis sabores de quarks y seis sabores de leptones. La interacción débil es el único proceso en el que un quark puede cambiar a otro quark, o un leptón a otro leptón (cambio de sabor). Ni la interacción fuerte ni electromagnéticapermitir el cambio de sabor. Este hecho es crucial en muchas desintegraciones de partículas nucleares. En el proceso de fusión, que, por ejemplo, alimenta al Sol, dos protones interactúan a través de la fuerza débil para formar un núcleo de deuterio, que reacciona aún más para generar helio. Sin la interacción débil, el diprotón se descompondría en dos protones no unidos de hidrógeno-1 a través de la emisión de protones. Como resultado, el sol no ardería sin él ya que la interacción débil causa la transmutación p -> n.

A diferencia de la desintegración alfa , ni la partícula beta ni su neutrino asociado existen dentro del núcleo antes de la desintegración beta, sino que se crean en el proceso de desintegración. Mediante este proceso, los átomos inestables obtienen una relación más estable de protones a neutrones. La probabilidad de descomposición de un nucleido debido a beta y otras formas de descomposición está determinada por su energía de unión nuclear. Para que la emisión de electrones o positrones sea energéticamente posible, la liberación de energía (ver más abajo) o el valor Q debe ser positivo.

Decaimiento Beta Positivo – Positron Decay

En la descomposición de positrones , un núcleo rico en protones emite un positrón (los positrones son antipartículas de electrones y tienen la misma masa que los electrones pero carga eléctrica positiva), y por lo tanto reduce la carga nuclear en una unidad. En este caso, el proceso puede representarse mediante: Una aniquilación ocurre cuando un positrón de baja energía colisiona con un electrón de baja energía.

La captura de electrones , que también es típica de los núcleos ricos en protones, compite con la desintegración beta positiva, que es más común en los núcleos más ligeros. La captura de electrones  es el modo de descomposición primario para isótopos con una diferencia de energía insuficiente (Q <2 x 511 keV) entre el isótopo y su posible hija para que el nucleido se descomponga emitiendo un positrón. Por otro lado,  la captura de electrones  es siempre un modo de desintegración alternativo para los isótopos radiactivos que tienen suficiente energía para desintegrarse por la emisión de positrones.

Interacciones de positrones

Las fuerzas de coulomb  que constituyen el mecanismo principal de pérdida de energía para los electrones están presentes para la carga positiva o negativa en la partícula y constituyen el mecanismo principal de pérdida de energía también para los positrones. Cualquiera que sea la interacción implica una fuerza repulsiva o atractiva entre la partícula incidente y el electrón orbital (o núcleo atómico), el impulso y la transferencia de energía para partículas de igual masa  son casi iguales . Por lo tanto, los  positrones interactúan de manera similar  con la materia  cuando son energéticos . La pista de positrones en el material es similar a la pista de electrones. Incluso su pérdida  y rango de  energía específicos son casi iguales para energías iniciales iguales.

Al final de su camino , los  positrones difieren significativamente  de los electrones. Cuando un positrón (partícula antimateria) se detiene, interactúa con un electrón (partícula de materia), lo que resulta en  la aniquilación  de ambas partículas y la conversión completa de su masa en reposo  en energía pura  (de acuerdo con la  fórmula E = mc ² ) en forma de dos rayos gamma  ( fotones ) de 0.511 MeV opuestos  .

Ver también:  interacción de positrones

Ver también:  Blindaje de positrones.

Decadencia beta negativa – Decadencia de electrones.

En la descomposición de electrones, un núcleo rico en neutrones emite un electrón de alta energía (β ^– partículas). Los electrones están cargados negativamente de partículas casi sin masa Debido a la ley de conservación de la carga eléctrica, la carga nuclear debe aumentar en una unidad. En este caso, el proceso puede ser representado por: 

Las partículas beta son electrones o positrones de alta energía y alta velocidad emitidos por ciertos tipos de núcleos radiactivos como el potasio-40. Las partículas beta tienen un mayor rango de penetración que las partículas alfa, pero aún mucho menos que los rayos gamma . Las partículas beta emitidas son una forma de radiación ionizante también conocida como rayos beta.

En un reactor nuclear ocurre especialmente la desintegración β, porque la característica común de los productos de fisión es un exceso de neutrones (ver Estabilidad nuclear ). Un fragmento de fisión inestable con el exceso de neutrones sufre desintegración β, donde el neutrón se convierte en un protón, un electrón y un antineutrino electrónico . Un neutrón libre también sufre este tipo de descomposición. Un neutrón libre se descompondrá con una vida media de aproximadamente 611 segundos (10.3 minutos) en un protón, un electrón y un antineutrino (la contrapartida antimateria del neutrino , una partícula sin carga y poca o ninguna masa).

Teoría de la descomposición beta: interacción débil

La desintegración beta se rige por la interacción débil . Durante una desintegración beta de los dos abajo quarks se transforma en un quark arriba emitiendo un W ^– Higgs (se lleva una carga negativa). El W ^– Higgs luego se desintegra en un partícula beta y un antineutrino . Este proceso es equivalente al proceso, en el que un neutrino interactúa con un neutrón.

Como se puede ver en la figura, la interacción débil cambia un sabor de quark a otro. Tenga en cuenta que, el modelo estándar cuenta seis sabores de quarks y seis sabores de leptones. La interacción débil es el único proceso en el que un quark puede cambiar a otro quark, o un leptón a otro leptón (cambio de sabor). Ni la interacción fuerte ni electromagnéticapermitir el cambio de sabor. Este hecho es crucial en muchas desintegraciones de partículas nucleares. En el proceso de fusión, que, por ejemplo, alimenta al Sol, dos protones interactúan a través de la fuerza débil para formar un núcleo de deuterio, que reacciona aún más para generar helio. Sin la interacción débil, el diprotón se descompondría en dos protones no unidos de hidrógeno-1 a través de la emisión de protones. Como resultado, el sol no ardería sin él ya que la interacción débil causa la transmutación p -> n.

A diferencia de la desintegración alfa , ni la partícula beta ni su neutrino asociado existen dentro del núcleo antes de la desintegración beta, sino que se crean en el proceso de desintegración. Mediante este proceso, los átomos inestables obtienen una relación más estable de protones a neutrones. La probabilidad de descomposición de un nucleido debido a beta y otras formas de descomposición está determinada por su energía de unión nuclear. Para que la emisión de electrones o positrones sea energéticamente posible, la liberación de energía (ver más abajo) o el valor Q debe ser positivo.

……………………………………………………………………………………………………………………………….

Este artículo se basa en la traducción automática del artículo original en inglés. Para más información vea el artículo en inglés. Puedes ayudarnos. Si desea corregir la traducción, envíela a: translations@nuclear-power.com o complete el formulario de traducción en línea. Agradecemos su ayuda, actualizaremos la traducción lo antes posible. Gracias.

Existen las siguientes formas de desintegración beta:

• Decadencia beta negativa – Decadencia de electrones. En la descomposición de electrones, un núcleo rico en neutrones emite un electrón de alta energía (β ^– partículas). Los electrones están cargados negativamente de partículas casi sin masa Debido a la ley de conservación de la carga eléctrica, la carga nuclear debe aumentar en una unidad. En este caso, el proceso puede ser representado por: 
• Decaimiento Beta Positivo – Positron Decay. En la descomposición de positrones, un núcleo rico en protones emite un positrón (los positrones son antipartículas de electrones y tienen la misma masa que los electrones pero carga eléctrica positiva), y por lo tanto reduce la carga nuclear en una unidad. En este caso, el proceso puede representarse mediante: Una aniquilación ocurre cuando un positrón de baja energía colisiona con un electrón de baja energía.
• Decadencia beta inversa: captura de electrones . La captura de electrones , conocida también como desintegración beta inversa, a veces se incluye como un tipo de desintegración beta, porque el proceso nuclear básico, mediado por la interacción débil, es el mismo. En este proceso, un núcleo rico en protones también puede reducir su carga nuclear en una unidad al absorber un electrón atómico. 

La emisión de electrones fue uno de los primeros fenómenos de descomposición observados. El proceso inverso, la captura de electrones , fue observado por primera vez por Luis Álvarez, en vanadio 48. Lo informó en un artículo de 1937 en Physical Review.

En un reactor nuclear ocurre especialmente la desintegración β, porque la característica común de los productos de fisión es un exceso de neutrones (ver Estabilidad nuclear ). Un fragmento de fisión inestable con el exceso de neutrones sufre desintegración β, donde el neutrón se convierte en un protón, un electrón y un antineutrino electrónico . Un neutrón libre también sufre este tipo de descomposición. Un neutrón libre se descompondrá con una vida media de aproximadamente 611 segundos (10.3 minutos) en un protón, un electrón y un antineutrino (la contrapartida antimateria del neutrino , una partícula sin carga y poca o ninguna masa).

……………………………………………………………………………………………………………………………….

Este artículo se basa en la traducción automática del artículo original en inglés. Para más información vea el artículo en inglés. Puedes ayudarnos. Si desea corregir la traducción, envíela a: translations@nuclear-power.com o complete el formulario de traducción en línea. Agradecemos su ayuda, actualizaremos la traducción lo antes posible. Gracias.

El efecto Auger es un proceso que lleva el nombre del físico francés Pierre Auger , en el que los electrones con energías características son expulsados ​​de los átomos en respuesta a una transición descendente por otro electrón en el átomo (llenando una vacante de capa interna de un átomo). de emisión de radiación electromagnética. Estos electrones emitidos con energías características se conocen como electrones Auger .

Este proceso se observa como uno de los métodos de reordenamiento de electrones después de la captura de electrones en el núcleo . Dado que la captura de electrones deja una vacante en el nivel de energía del electrón del cual proviene el electrón, los electrones externos del átomo caen en cascada para llenar los niveles atómicos más bajos, y generalmente se emiten uno o más rayos X característicos. A veces, los rayos X pueden interactuar con otro electrón orbital, que puede ser expulsado del átomo. Este segundo electrón expulsado se llama un electrón Auger. La probabilidad de que se emita un electrón Auger se llama rendimiento de Auger. El rendimiento de la barrena disminuye con el número atómico. Para el zinc (Z = 30), las probabilidades de emisión de rayos X desde la capa más interna y de la emisión de electrones Auger son casi iguales.

La vacante de capa interna de un átomo también puede ser producida por bombardeo con electrones de alta energía o rayos X. Este método puede usarse en la espectroscopía electrónica de Auger , que mide la intensidad de los electrones Auger que resultan en función de la energía del electrón Auger. La espectroscopía de electrones Auger se puede utilizar para determinar la identidad de los átomos emisores y es una de las técnicas analíticas de superficie más comúnmente empleadas para determinar la composición de las capas superficiales de una muestra.

……………………………………………………………………………………………………………………………….

Este artículo se basa en la traducción automática del artículo original en inglés. Para más información vea el artículo en inglés. Puedes ayudarnos. Si desea corregir la traducción, envíela a: translations@nuclear-power.com o complete el formulario de traducción en línea. Agradecemos su ayuda, actualizaremos la traducción lo antes posible. Gracias.

Teoría de la descomposición beta: interacción débil

La desintegración beta se rige por la interacción débil . Durante una desintegración beta de los dos abajo quarks se transforma en un quark arriba emitiendo un W ^– Higgs (se lleva una carga negativa). El W ^– Higgs luego se desintegra en un partícula beta y un antineutrino . Este proceso es equivalente al proceso, en el que un neutrino interactúa con un neutrón.

Como se puede ver en la figura, la interacción débil cambia un sabor de quark a otro. Tenga en cuenta que, el modelo estándar cuenta seis sabores de quarks y seis sabores de leptones. La interacción débil es el único proceso en el que un quark puede cambiar a otro quark, o un leptón a otro leptón (cambio de sabor). Ni la interacción fuerte ni electromagnéticapermitir el cambio de sabor. Este hecho es crucial en muchas desintegraciones de partículas nucleares. En el proceso de fusión, que, por ejemplo, alimenta al Sol, dos protones interactúan a través de la fuerza débil para formar un núcleo de deuterio, que reacciona aún más para generar helio. Sin la interacción débil, el diprotón se descompondría en dos protones no unidos de hidrógeno-1 a través de la emisión de protones. Como resultado, el sol no ardería sin él ya que la interacción débil causa la transmutación p -> n.

A diferencia de la desintegración alfa , ni la partícula beta ni su neutrino asociado existen dentro del núcleo antes de la desintegración beta, sino que se crean en el proceso de desintegración. Mediante este proceso, los átomos inestables obtienen una relación más estable de protones a neutrones. La probabilidad de descomposición de un nucleido debido a beta y otras formas de descomposición está determinada por su energía de unión nuclear. Para que la emisión de electrones o positrones sea energéticamente posible, la liberación de energía (ver más abajo) o el valor Q debe ser positivo.

Núcleo padre – Núcleo hija

En la física nuclear y la física de las desintegraciones nucleares, el núcleo en desintegración generalmente se conoce como el núcleo padre y el núcleo que queda después del evento como el núcleo hijo.

Núcleo parental – Núcleo hija en decadencia alfa

Por ejemplo, la desintegración alfa representa la desintegración de un núcleo padre a una hija a través de la emisión del núcleo de un átomo de helio. Esta transición puede caracterizarse como:

Como se puede ver, el número atómico (así como el número de masa) del núcleo hijo es más bajo que el número atómico del núcleo padre.

Para 1928, George Gamow (e independientemente de Ronald Gurney y Edward Condon) había resuelto la teoría de la desintegración alfa a través del túnel cuántico . Asumieron que la partícula alfa y el núcleo hijo existen dentro del núcleo padre antes de su disociación, a saber, la decadencia de los estados cuasiestacionarios (QS). Un estado cuasiestacionario se define como un estado de larga vida que eventualmente decae. Inicialmente, el grupo alfa oscila en el potencial del núcleo hijo, y el potencial de Coulomb impide su separación. La partícula alfa está atrapada en un pozo potencial por el núcleo. Clásicamente, está prohibido escapar, pero de acuerdo con los (entonces) recién descubiertos principios de la mecánica cuántica, tiene una probabilidad pequeña (pero no nula) de «hacer un túnel» a través de la barrera y aparecer en el otro lado para escapar del núcleo . Usando el mecanismo de túnel, Gamow, Condon y Gurney calcularon la penetrabilidad de la partícula α de túnel a través de la barrera de Coulomb, encontrando las vidas de algunos núcleos emisores α.

Núcleo padre – Núcleo hija en decadencia beta

Si un núcleo emite una partícula beta, pierde un electrón (o positrón). En este caso, el número de masa del núcleo hijo sigue siendo el mismo, pero el núcleo hijo formará un elemento diferente. Esta transición puede caracterizarse como:

Núcleo padre – Núcleo hija en decadencia gamma

En física nuclear y química nuclear, las diversas especies de átomos cuyos núcleos contienen números particulares de protones y neutrones se denominan nucleidos . Los nucleidos también se caracterizan por sus estados de energía nuclear (por ejemplo, un nucleido metaestable de ^{242m de la mañana} ). Nuclidos con igual número de protones e igual número de masa (haciéndolos, por definición, el mismo isótopo) pero diferentes estados de energía se conocen como isómeros . Por lo general, indicamos isómeros con un superíndice m. Como resultado, en la desintegración gamma, los núcleos padre e hija tienen el mismo número de protones y el mismo número de masa, pero difieren en sus estados de energía. Esta transición puede caracterizarse como:

La desintegración alfa  (o desintegración α y también la radiactividad alfa ) representa la desintegración de un núcleo padre a una hija a través de la emisión del núcleo de un átomo de helio. Esta transición puede caracterizarse como:

La desintegración alfa es un proceso de túnel cuántico . Para ser emitida, la partícula alfa debe penetrar una barrera potencial. Esto es similar a la descomposición de un grupo , en el que un núcleo atómico emite un pequeño «grupo» de neutrones y protones (por ejemplo, ¹² C).

La altura de la barrera de Coulomb para los núcleos de A «200 es de aproximadamente 20-25 MeV . Las partículas alfa emitidas en la desintegración nuclear tienen energías típicas de aproximadamente 5 MeV. Por un lado, una partícula alfa de 5 MeV entrante se dispersa desde un núcleo pesado y no puede penetrar la barrera de Coulomb y acercarse lo suficiente al núcleo para interactuar a través de la fuerza fuerte. Por otro lado, una partícula alfa de 5 MeV unida en un pozo de potencial nuclear puede tunelizar esa misma barrera de Coulomb.

Decaimiento alfa: valor Q

En física nuclear y de partículas, la energía de las reacciones nucleares está determinada por el valor Q de esa reacción. El valor Q de la reacción se define como la diferencia entre la suma de las masas en reposo de los reactivos iniciales y la suma de las masas de los productos finales , en unidades de energía (generalmente en MeV).

Considere una reacción típica, en la cual el proyectil a y el objetivo A dan lugar a dos productos, B y b. Esto también se puede expresar en la notación que hemos utilizado hasta ahora, a + A → B + b , o incluso en una notación más compacta, A (a, b) B .

Ver también: E = mc2

El valor Q de esta reacción viene dado por:

Q = [ma + mA – (mb + mB)] c ²

Cuando se describe la desintegración alfa (una reacción sin proyectil), el núcleo desintegrante generalmente se conoce como el núcleo padre y el núcleo que queda después del evento como el núcleo hijo. La masa total en reposo del núcleo hijo y de la radiación nuclear liberada en una desintegración alfa, m _Hija + m _Radiación , es siempre menor que la del núcleo padre, m _padre . La diferencia masa-energía,

Q = [m _padre – (m _Hija + m _Radiación )] c ²

aparece como la energía de desintegración, liberada en el proceso. Por ejemplo, el valor Q de la desintegración alfa típica es:

La energía de desintegración de aproximadamente 5 MeV es la energía cinética típica de la partícula alfa. Para cumplir con la ley de conservación del momento, la mayor parte de la energía de desintegración debe aparecer como la energía cinética de la partícula alfa. Después de una desintegración alfa o beta, el núcleo hijo a menudo queda en un estado de energía excitado. Para estabilizarse, posteriormente emite fotones de alta energía, rayos γ.