Basiswissen

Schnelle Elektronen oder Positronen aus dem Atomkern: Betastrahlung entsteht beim Betazerfall: Im Atomkern wandelt sich ein Proton in ein Neutron oder ein Neutron in ein Proton um. Dabei entstehen unter anderem Elektronen oder Positronen (Antielektron). Die Elektronen beziehungsweise Positronen verlassen den Atomkern und bilden dann die sogenannte Betastrahlung.

Bildbeschreibung und Urheberrecht — A diagram showing beta-minus decay. The intermediate W- boson has been omitted for simplicity. Protons are red and neutrons are blue. © Inductiveload (Wikimedia) ☛

β⁻-Strahlung

Elektronen, die aufgrund eines Betazerfalls den Atomkern verlassen nennt man β⁻-Strahlung, sprich: beta-minus-Strahlung. Diese werden teilweise auch kurz einfach als Betastrahlung bezeichnet.

β⁺-Strahlung

Elektronen, die aufgrund eines Betazerfalls den Atomkern verlassen nennt man β⁺-Strahlung, sprich: beta-plus-Strahlung. Ein Synonym ist Positronenstrahlung.

Alternative: Teilchenbeschleuniger

Elektronen, die aus Atomkernen stammen sind immer energiereich, also schnell und heißen immer Betatstrahlung. Insbesondere bei technischen Prozessen (z. B. Medizin) werden aber auch sehr schnelle Elektronen mit Hilfe von Teilchenbeschleunigern erzeugt^[1], etwa einem Zyklotron. Auch dort wird die Strahlung dann Betastrahlung genannt. Siehe auch Zyklotron ↗

Betastrahlung und die Entstehung von Gold

Die Kerne schwerer Elemente wie Gold oder Uran entstehen natürlich nur in kosmischen Extremereignissen wie einer Supernova oder der Kollision von sogenannten Neutronensternen. Wesentlich ist, dass viele freie Neutronen schnell einen Atomkern, etwa von Eisen, bombardieren, sich an diesen anlagegern und sich dann teilweise in Protonen umwandeln. Bei der Umwandlung von Neutronen in Protonen wird Betastrahlung frei^[2]. Siehe mehr dazu im Artikel r-Prozess ↗

Eigenschaften von Betateilchen

Einzelne Elektronen oder Positronen der Betastrahlung haben eine maximale Energie von einigen MeV (Millionen Elektronevolt). Sie können sich fast mit Lichtgeschwindigkeit bewegen. Betastrahlung ist keine elektromagnetische Strahlung. Betastrahlung besteht nicht aus reinen Wellen ohne Ruhemasse sondern aus Materieklümpchen die auch ruhend eine Masse haben. Siehe auch Teilchen ↗

Gefährlichkeit von Betastrahlung

Betastrahlung ist für den Menschen ungesund. Man kann sie mit einigen Millimetern Aluminium Blech bereits gut abschirmen. Durch die schnelle Abbremsung auf kurzer Strecke entsteht dann aber die ebenfalls schädliche Bremsstrahlung ↗

Sterilisieren mit Betastrahlen

Betastrahlen zerstören die DNA (Erbinformation) von Lebewesen. Bestrahlt man Medikamente oder Lebensmittel mit Betatteilchen, kann man damit zumindest oberflächennah Keime (Bakterien, Viren) abtöten. Das wird zum Beispiel industriell genutzt zur Sterilisierung von Medikamenten^[1]. Mit Hilfe von Glühkathoden und elektrischen Feldern können die Elektronen bis auf 5 MeV beschleunigt werden. Bis 10 MeV können mit Teilchenbeschleuniger vom der Bauweise eines Rhodotrons erreicht werden. Sollen größere Pakete oder Gegenstände sterilisiert werden, genügt die Betastrahlung mit ihrer geringe Eindringtiefe nicht mehr. Für diesen Fall verwendet man dann Gammastrahlung ↗

Fußnoten

[1] BGS - Beta-Gamma-Service GmbH & Co KG. Wiehl bei Gummersbach. Internetseite vom 16. Oktober 2022. Online: https://de.bgs.eu/funktionsweise-beta-gammastrahlung/gamma-betastrahlen/

[2] Sanjana Curtis: Kosmische Schmiede der schweren Elemente. In: Spektrum der Wissenschaft. Mai 2023. Seite 12 bis 21.