Promieniowanie beta
Przy rozpadzie beta z jądra atomu radioaktywnego izotopu emitowane są ujemnie naładowane elektrony. Mówimy wówczas o rozpadzie beta minus. Istnieje także rozpad beta plus, ale jest to zjawisko o wiele rzadsze wśród naturalnych nuklidów promieniotwórczych.
Rozpad beta minus
Elektrony będące promieniowaniem beta, nie biorą się zresztą znikąd: powstają na skutek tego, że w jądrze atomowym neutrony przekształcają się w protony:
Proton pozostaje w jądrze, a elektron jest wyrzucany. Tak dzieje się na przykład w przypadku cezu-137. Powstaje bar-137. Zasięg promieniowania beta może wynosić w powietrzu kilka metrów, osłonić przed nim mogą płytki aluminiowe, lub warstwa tworzywa sztucznego o grubości kilku milimetrów. Początkowa prędkość cząstek beta – elektronów beta – może przy tym wynosić od niemal zera aż do prędkości światła.
W codziennym życiu spotyka się emitery beta w zabiegach radioterapii: w ten sposób mogą być naświetlane zmiany nowotworowe pod powierzchnią skóry. Pomiary ilości izotopu węgla-14 (C-14) – emitera beta – są znakomitą metodą określenia wieku archeologicznych znalezisk pochodzenia organicznego.
Rozpad beta plus
Podczas rozpadu beta plus z jądra wyrzucane są pozytony, które można by określić mianem „dodatnich elektronów”, czyli „anty-elektronów”.
Podczas promieniowania beta plus w jądrze z protonu powstaje neutron oraz pozyton:
Sód-22 jest przykładem izotopu emitującego promieniowanie beta plus. Podczas przekształcenia w jądrze z protonu powstają neutron oraz pozyton, który opuszcza jądro. W wyniku rozpadu sodu-22 powstaje neon-22:
Światło widzialne – pojawia się jako wynik działania promieniowania jonizującego
Świecące elementy tarcz zegarowych mogą zawierać małe ilości promieniotwórczego izotopu wodoru, trytu. Jest to emiter promieniowania beta minus. Gdy elektrony (promieniowanie beta minus), które emituje tryt, natrafią na materiał fluorescencyjny – luminofor (jak np. siarczek cynku), sprawiają, że zaczyna on emitować światło widzialne.
Wcześniej, do lat 70-tych XX wieku, aby tarcze zegarów świeciły, stosowano farby będące mieszaniną węglanów radu i baru (RaCO3, BaCO3) z siarczkiem cynku (ZnS). Po licznych przypadkach śmierci, m.in. na nowotwory jamy ustnej, w latach 20-tych ubiegłego stulecia wśród robotnic, które w USA malowały cyfry i wskazówki na takich zegarkach, (robotnice zwilżały śliną końce pędzelków), zmieniono technikę nanoszenia farby. W wielu krajach ok. 1970 roku zrezygnowano z farb zawierających sole radowe, a do produkcji takich farb ”świecących” stosuje się obecnie emitery beta – głównie tryt H-3.
Co dzieje się z trytem w tych zegarkach? Tryt jest izotopem wodoru, który składa się z jednego protonu i dwóch neutronów (liczba atomowa = 1, liczba masowa = 3). Rozpada się zgodnie z zasadami rozpadu beta minus, w wyniku którego powstaje powstaje hel-3 (liczba atomowa = 2, liczba masowa = 3).
Powiedz, ile masz lat… – metoda C-14
Jaki jest właściwie wiek neandertalczyka? Przy poszukiwaniu odpowiedzi na takie pytania wykorzystuje się fakt, że nietrwałe pierwiastki rozpadają się z pewnym statystycznym prawdopodobieństwem, co pozwala z proporcji substancji macierzystej i substancji pochodnej ocenić upływ czasu.
Wiek można określić w następujący sposób: żyjące organizmy, a więc ludzie, zwierzęta czy rośliny, mają w swoich tkankach pewną ilość nietrwałego izotopu węgla-14 (C-14), który ciągle na nowo – wraz pokarmem – pobierany jest z otoczenia. Po śmierci ustaje pobieranie tego izotopu z otoczenia, jego zawartość w organizmie zmniejsza się, ponieważ w wyniku rozpadu beta z węgla-14 powstaje azot-14. Rozpad beta izotopu C-14 przebiega w istocie dość powoli: wiadomo, że po 5730 latach wciąż pozostaje w tkankach około połowy początkowej zawartości jąder atomowych izotopu C-14.
Aby określić wiek jakiejś próbki, wystarczy, że naukowcy zbadają, jaka jest proporcja izotopu C-14 do innych izotopów węgla. Na tej podstawie można obliczyć wiek – a ponieważ przemiana beta tego izotopu zachodzi stosunkowo wolno, takie pomiary są możliwe dla około 50000 lat wstecz, oczywiście pod warunkiem, że przez cały ten czas proporcje C-14/C (liczba atomów izotopu C-14 / liczba atomów pierwiastka węgla C) w środowisku nie ulegały zmianie.