DECADIMENTO BETA

Una particella beta è un elettrone ad alta velocità che fuoriesce da un nucleo in disintegrazione.
Tale particella può avere carica negativa unitaria (ß-, decadimento beta negativo), o carica positiva unitaria (ß+, decadimento beta positivo). In ogni caso la massa è identica a quella dell'elettrone.

Quando il nucleo è instabile per eccesso di neutroni, un neutrone in eccesso si trasforma in protone secodo la formula:

È possibile spiegare il processo sfruttando la teoria dei quark.

Infatti:

un neutrone è costituito da un quark up e due down;

uno dei quark down si trasforma in un quark up. Dato che il down ha carica -1/3 e l'up 2/3, per conservare la carica bisogna che il processo sia mediato da una particella W^- virtuale, che porti via una carica di -1;

il neutrone così è diventato un protone. La W^- emessa si allontana;

un elettrone e un antineutrino prendono vita dal bosone virtuale W^-.

Il decadimento beta negativo provoca una transizione isobarica: il numero Z aumenta di una unità e l'atomo si trasforma in un elemento chimico differente, situato a destra nella tavola di Mendelejev mentre resta invariato il numero A.

L'energia liberata dalla trasformazione del neutrone in protone diviene energia cinetica dell'elettrone (ß^-) e dell'antineutrino (particella priva di massa) che vengono espulsi dal nucleo e, ad eccezione dei ß emittenti puri, rimane in parte nel nucleo provocandone l'eccitazione e la conseguente diseccitazione con emissione di un fotone gamma.

L'energia della particella ß^- e dell'antineutrino è imprevedibile e si distribuisce in uno spettro continuo di valori secondo una modalità probabilistica, mentre quella del fotone gamma è caratteristica per ogni radionuclide e può assumere solo livelli discreti di energia.

Le particelle ß^- possono ionizzare il mezzo attraversato provocando l'allontanamento di elettroni dalla sfera di influenza nucleare per repulsione elettrostatica, a spese della loro energia cinetica (in media 34 eV per ogni evento di ionizzazione in aria). Essendo molto più piccole e elettricamente meno cariche delle particelle alfa, hanno una più bassa densità di ionizzazione e potere penetrante circa 1000 volte quello di una particella alfa di pari energia.
Il range medio di una particella ß^- può arrivare fino ad alcuni metri in aria e fino ad alcuni millimetri nei tessuti molli.

La Ionizzazione Specifica in aria è pari a 42 ionizzazioni / cm (per una radiazione di 1 MeV).

Le particelle ß^- possono, inoltre, interagire con i campi elettrici nucleari, subendo una deviazione della traiettoria e una riduzione dell'energia cinetica, con la contemporanea produzione di un fotone "X" di Bremsstrahlung (frenamento).
L'energia dei fotoni di Bremsstrahlung corrisponde alla perdita di energia cinetica della particella ß e si distribuisce in uno spettro continuo esteso tra 0 e l'energia della radiazione ß- incidente.

La produzione di radiazioni X di Bremsstrahlung è maggiore se le radiazioni ß^- attraversano materiali con alta densità. Per questo motivo, per la schermatura di radioemettitori ß- emittenti vengono utilizzati materiali plastici con basso Z, nei quali non si producono fotoni X di Bremsstrahlung che, essendo molto più penetranti, sarebbero di più difficile schermatura.

Quando il nucleo è instabile per difetto di neutroni, un protone in eccesso emette una particella ß+, chiamata positrone, e si trasforma in neutrone secondo la formula:

Il decadimento ß+ è più probabile rispetto alla cattura elettronica per gli elementi con basso numero atomico.
Il decadimento ß+ provoca una transizione isobarica: il numero Z si riduce di una unità e l'atomo si trasforma in un elemento chimico differente, situato a sinistra nella tavola di Mendelejev mentre resta invariato A.

Le particelle ß⁺ possono ionizzare il mezzo attraversato provocando l'allontanamento di elettroni dalla sfera di influenza nucleare per attrazione elettrostatica, a spese della loro energia cinetica (in media 34 eV per ogni evento di ionizzazione in aria). Il potere pentrante è uguale a quello delle particelle ß-.

Le particelle ß⁺ dopo circa 10E-9 secondi vanno incontro ad ANNICHILAZIONE, interagendo con un elettrone. Le due particelle scompaiono e la loro massa è trasformata in 2 fotoni gamma di 0.511 MeV, emessi in direzioni contrapposte.

I radionuclidi che decadono per emissione ß⁺ sono usati in medicina nucleare per la Tomografia ad Emissione di Positroni (PET).