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來源：互聯(lián)網(wǎng)

β射線（beta 射線）為β衰變時從原子核放射出的高能、高速的電子或正電子。β衰變可分為β?衰變和β+衰變，分別產(chǎn)生電子和正電子。β?就是通常的電子，帶有一個單位的負(fù)電荷，負(fù)電子是穩(wěn)定的。β+是正電子，帶有一個單位的正電荷。兩種電子的靜止質(zhì)量相同，其質(zhì)量約為質(zhì)子質(zhì)量的1/1846。其本質(zhì)為速度可達(dá)光速99%的高速電子流，能量范圍通常在幾十keV至幾MeV之間。貫穿本領(lǐng)比α粒子強(qiáng)，電離能力比α粒子弱。β射線是英國物理學(xué)家歐內(nèi)斯特·盧瑟福（Ernest Rutherford）于1989年發(fā)現(xiàn)的。

β射線主要來源于放射性核素的衰變，如氚[chuān]、碳-14和鍶[sī]-90等都可以自發(fā)輻射β射線。β射線與物質(zhì)發(fā)生相互作用時，其能量損失與運動軌跡與重帶電粒子不同，電子與靶物質(zhì)的相互作用，主要有電離能量損失和輻射能量損失，而多次散射則導(dǎo)致電子在物質(zhì)中運動軌跡十分曲折。β射線可以電離有機(jī)生物分子，包括細(xì)胞內(nèi)行使功能的蛋白質(zhì)、脫氧核糖核酸、核糖核酸等大分子，破壞其分子結(jié)構(gòu)進(jìn)而損害細(xì)胞和組織。所以要進(jìn)行防護(hù)，其方法主要是時間、距離和屏蔽三方面。β射線在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域應(yīng)用廣泛，比如利用放射性核素發(fā)射的β射線，對腫瘤進(jìn)行照射，達(dá)到止痛和破壞腫瘤組織的作用。還可用作示蹤劑。此外，β射線被應(yīng)用于氣溶膠濃度檢測，基于β射線衰減原理建立的測量模型在400-2000 mg/m3范圍內(nèi)誤差低于9%，還被用于煙塵濃度直讀檢測技術(shù)以實現(xiàn)快速環(huán)境監(jiān)測。

定義

射線是粒子流，粒子含一個單位負(fù)電荷，質(zhì)量接近0。粒子其實就是電子。

簡史

1896年，法國科學(xué)家貝克勒爾（Henri Becquerel）在研究硫酸鉀的磷光問題時發(fā)現(xiàn)了鈾的天然放射性。隨后科學(xué)家們便開始了對放射線的性質(zhì)、來源等進(jìn)行研究。1898年，歐內(nèi)斯特·盧瑟福（Ernest Rutherford）發(fā)現(xiàn)鈾和鈾的化合物所發(fā)出的射線有兩種不同類型：一種是極易吸收的，他稱之為射線；另一種有效強(qiáng)的穿透能力，他稱之為射線。1901-1902年間，德國物理學(xué)家考夫曼（Walter Kaufmann）對射線進(jìn)行了一系列研究，他在實驗中發(fā)現(xiàn)射線電子的速度分布在一個很大的范圍內(nèi)，最大可達(dá)光速。1900年，貝克勒爾測定了射線的荷質(zhì)比，確定射線就是電子流。1902年，考夫曼根據(jù)實驗數(shù)據(jù)計算得出，在低速情況下射線電子的質(zhì)量與陰極射線電子的質(zhì)量在誤差范圍內(nèi)相同。

β衰變模式

許多放射性核素能自發(fā)輻射射線，如氚、碳-14和鍶-90。原子核的衰變發(fā)射的射線有兩類：射線和射線。射線就是通常的電子，射線為正電子，屬于直接電離輻射。原子核的衰變發(fā)射電子或正電子的能譜是連續(xù)譜。

衰變是中子轉(zhuǎn)變成質(zhì)子時產(chǎn)生的，即下述過程釋放出射線：。衰變將導(dǎo)致核素的中子數(shù)減小個單位，質(zhì)子數(shù)增加個單位，質(zhì)量數(shù)不變。生成的新核素的核電荷數(shù)增加個單位，在元素周期表中向母核的右邊位移一格。

β+衰變（發(fā)射正電子）

衰變一般表示形式為，衰變過程的物理機(jī)制現(xiàn)在還并不完全明確，所以不能認(rèn)為衰變是由于核內(nèi)的一個質(zhì)子衰變成為中子引起的。人們估計質(zhì)子的壽命大于年。因此，我們不能用質(zhì)子衰變過程解釋核的衰變。

β ? 衰變（電子發(fā)射）

在β ? 衰變時，弱相互作用將原子核轉(zhuǎn)變?yōu)樵有驍?shù)增加一的原子核，同時發(fā)射電子（e-）和電子反中微子（νe）。β-?衰變通常發(fā)生在富中子核中。通用方程為：

其中，和是衰變核的質(zhì)量數(shù)和原子序數(shù)，和分別是初始元素和最終元素。

基本特性

射線是高速運動的電子流，帶負(fù)電荷，質(zhì)量很小，約為質(zhì)子質(zhì)量的1/1846，但是貫穿本領(lǐng)比粒子強(qiáng)，電離能力比粒子弱。射線在空氣中的射程，因其能量不同而有較大差異，一般為幾米。通常用一般的金屬板或有一定厚度的有機(jī)玻璃板就可以較好地阻擋β射線對人的照射。

相互作用

電離和激發(fā)

帶電粒子可以直接使原子電離或激發(fā)，非帶電粒子則通過次級效應(yīng)產(chǎn)生次級帶電粒子使原子電離或激發(fā)。帶電粒子與物質(zhì)原子中核外電子的非彈性碰撞也會導(dǎo)致原子的電離或激發(fā)。射線電離較小，其射程比大。

散射和吸收

一平行束射線穿過吸收物時，隨著吸收介質(zhì)厚度的增加呈指數(shù)減弱的規(guī)律，即：

其中，代表吸收介質(zhì)厚度為零時的β射線計數(shù)率，代表吸收介質(zhì)的線性厚度或質(zhì)量厚度，代表介質(zhì)的β射線減弱系數(shù)。對射線的吸收介質(zhì)達(dá)到一定厚度后，n不再減少，稱此范圍內(nèi)的計數(shù)率為本底計數(shù)率，它由軔致輻射和測量裝置本底組成，以吸收光譜后部區(qū)域直線趨勢外推與橫軸相交點Rmax稱為β射線最大射程。射線減至原來一半的吸收介質(zhì)厚度稱為半值層(HVL)，射線的最大射程約為其半值層的7~8倍。

電磁輻射

當(dāng)β射線(電子)穿過介質(zhì)時，其速度與光在介質(zhì)中的傳播速度可比時, 可以產(chǎn)生一種電磁輻射(微弱的可見光)，這種輻射廣泛地用來探測高能粒子。

正負(fù)電子湮沒

原子核β+衰變會產(chǎn)生正電子，快速運行的正電子通過物質(zhì)時與負(fù)電子一樣同核外電子和原子核相互作用產(chǎn)生電離損失、軔致輻射和彈性散射。能量相同的正電子和負(fù)電子在物質(zhì)中的能量損失和射程大體相同；自由電子是不穩(wěn)定的，正電子與介質(zhì)中的電子會發(fā)生湮滅，快速運行的正電子通過物質(zhì)除了發(fā)生與電子相同的效應(yīng)外，還會產(chǎn)生0.511MeV的γ湮滅輻射。

檢測與測量

粒子對物質(zhì)的電離或激發(fā)效應(yīng)是輻射檢測儀器檢測和測量輻射的基本過程。氣體電離用于電離室和蓋革穆勒計數(shù)器，閃爍體的激發(fā)用于閃爍計數(shù)器。下表顯示了SI和非SI單位的輻射量：

β光譜

貝塔衰變可以被認(rèn)為是量子力學(xué)中描述的微擾，因此可以應(yīng)用恩里科·費米黃金法則。射線動能譜的表達(dá)式如下：

其中，是動能，是形狀函數(shù)，是費米函數(shù)，是衰變的電荷最終態(tài)核，表示總能量，表示動量，是衰減的值，發(fā)射的中微子的動能由減去的動能給出。

危害與防護(hù)

危害

射線具有一定的穿透本領(lǐng)和電離能力，可以電離有機(jī)生物分子，包括細(xì)胞內(nèi)行使功能的蛋白質(zhì)、脫氧核糖核酸、核糖核酸等大分子以及其他有機(jī)小分子，從而使這些分子結(jié)構(gòu)被破壞，或者帶上電荷，讓有機(jī)化合物不穩(wěn)定、發(fā)生重排或者產(chǎn)生對機(jī)體有害的自由基，損害細(xì)胞和組織。引起組織表層的損傷，如引起皮炎。

防護(hù)

不同的照射方式，如不同劑量不同途徑等，對效應(yīng)有影響。一般來說，β放射性核素，當(dāng)劑量降低時，效應(yīng)發(fā)生率及其嚴(yán)重性也降低；相同的放射性核素，吸入比食入可能更容易造成傷害。不同個體和組織器官受到輻射后的效應(yīng)差異很大。胎兒、兒童和青少年對輻射的敏感性高于成人。男性與女性由于生理方面不同，效應(yīng)也不同。

1950年，國際倫琴射線會議規(guī)定對外部照射的最高允許劑量為：X射線、射線以及射線對職業(yè)性工作人員照射的每年最高允許劑量為5雷姆（rem），對手和前臂的每年最高劑量當(dāng)量為75雷姆（rem）。

從保護(hù)人的健康考慮，既要注意防止外部β射線的直接照射，防止高能β粒子可能引起的皮膚燒傷，也要防止吸入被β放射性物質(zhì)污染的空氣或食入污染的食物，并避免皮膚（特別是傷口）被污染。輻射防護(hù)的主要方法是時間防護(hù)、距離防護(hù)和屏蔽防護(hù)。

時間防護(hù)的要點是盡量減少人體與射線的接觸時間。由于在輻射場內(nèi)的人員所受照射的累積劑量與時間成正比，因此在照射率不變的情況下，縮短照射時間便可減少所接受的劑量。

距離防護(hù)的要點是盡量增大人體與射線源的距離。由于輻射場中某點的照射量、吸收劑量均與該射線源的距離的平方成反比，因此增加射線源與人體之間的距離便可減少照射量。

屏蔽防護(hù)的要點是在射線源與人體之間放置一種能有效吸收射線的中子輻射防護(hù)服。射線用薄層的鋁或塑料等物質(zhì)就可屏蔽。

應(yīng)用

醫(yī)學(xué)

β 粒子可用于治療視網(wǎng)膜母細(xì)胞瘤和骨癌等疾病，也可用作示蹤劑。射線可用來治療良性前列腺增生癥，該病是老年男性的常見病和多發(fā)病，據(jù)統(tǒng)計在老年人群中此病發(fā)生率超過50%。列腺增生治療器依靠射線的電離效應(yīng) 、部分軔致輻射和多次散射等作用，使增殖旺盛的細(xì)胞受到抑制、破壞，進(jìn)而使前列腺體萎縮或產(chǎn)生其它退行性改變，減輕對尿道的壓迫和阻塞，從而使排尿困難得以緩解和順暢。