קרינה היא תופעה בטבע בה נפלטים תת חלקיקים או אנרגיה בקו ישר, קֶרֶן. קרינת ביטא β היא קרינה חלקיקית בה ניטרון n0 בְּגרעין-אם עובר דעיכה ומתפצל לפרוטון וְאלקטרון. האלקטרון נפלט מהאטום בקרן ישרה בכל כיוון. כתוצאה מכך המספר האטומי Z גדל ביחידה אחת ומספר המסה M לא משתנה. תגובה שמייצגת את דעיכת בטא נתונה.
n0 → p⊕ + e⊖
נשים לב להבדל בין קרינת בטא β לְקרינת אלפא α בה חלק מגרעין-אם נפרד. בקרינת בטא β ניטרון בתוך הגרעין מתפרק לשני תת-חלקיקים שונים וכתוצאה מדחייה חשמלית האלקטרון נפלט. הפרוטון החדש שנוצר נשאר בגרעין וכתוצאה מתוספת זו המספר אטומי Z גדל ומתקבל אטום חדש.
לרוב התנאי לפליטה של קרינת היא "עודף" ניטרונים בגרעין. בשונה מקרינת אלפא α, קרינת בטא β יכולה להתרחש גם באטומים קטנים. אפילו למימן יש איזוטופ 3H שֶמכונה טריטיום (tritium) ופולט קרינת בטא. דוגמה נפוצה נוספת של חומר רדיואקטיבי שפולט קרינת בטא β הוא פחמן-14 האיזוטופ 14C. בעזרת לקיחת דגימה של ממצא ארכאולוגי מבוסס חומרים אורגניים הכימאים במעבדה יכולים לבצע תיארוך. פְּרוֹטוֹקוֹל תיארוך לפי פחמן-14 מתבסס על העובדה כי זמן מחצית-החיים (זמן בו נשארה חצי מכמות התחלתית) של תגובת הדעיכה הוא קבוע. תגובת הדעיכה של פחמן-14 נתונה:
14C → 14N + e⊖
תיארוך לפי פחמן-14 גם מתבסס על כך שכמות פחמן-14 בממצאים משתנה בעיקר בגלל דעיכה רדיואקטיבית. יש מספר הנחות נוסף שעולות לפי ממצאים ניסיוניים שנלקחים בחשבון בעת התיארון.
דוגמה לתיארוך
תרגיל
נמצא בד באתר ארכיאולוגי, לפי מבט-ראשון עולה הרושם כי מדובר בבד עתיק לפי האריגה. הארכיאולוגים שלחו את הבד למעבדה ונמצא כי הבד עשוי צמר כבשה. לפי המעבדה בְּבד נמצא 0.292 נָנוֹגרם של פחמן-14. במקביל ידוע שהכמות הממוצעת בכבש חיה היא 1.170 נָנוֹגרם של פחמן-14. (1 נָנוֹגרם = 10-9 גרם)
אם נתון שזמן מחצית-החיים של פחמן-14 הוא 5,730 שנים, בן כמה הבד שנמצא באתר הארכיאולוגי?
פתרון
הכמות ההתחלתית שנתונה היא 1.170 נָנוֹגרם לכן אחרי 5,730 שנים יישארו 0.585 נָנוֹגרם.
נתייחס לכמות שנותרה כְּכמות "התחלתית" חדשה. לכן אם נתון 0.585 נָנוֹגרם אז אחרי 5,730 שנים יישארו 0.292 נָנוֹגרם.
לסיכום נאמר שעברו כ-11,460 שנים בקירוב מייצור הבד, ככל הנראה מהתקופה הנאוליתית.
תכונות ושימושים של קרינת בטא
קרינת בטא β היא קרן חלקיקית המורכבת מאלקטרונים שנפלטים ולכן לְקרן זו מטען שלילי. משמע שקרני בטא β שיעברו דרך שדה מגנטי בין שני לוחות טעונים יימשכו לצד החיובי.
קרינת בטא β חזקה יותר ביחס לקרינת אלפא α. חלקיקי בטא β יכולים לחדור רקמות ביולוגיות. במקביל לכך לקרינה זו טווח קצר ולכן איננה מהווה סכנה בדרך כלל. פרט למקרים בהם חומר רדיואקטיבי נבלע או נשאף אל תוך גוף חי.
כיום יש שימוש רחב בקרינת בטא β בענפי מחקר שונים. לדוגמה בעולם הפיזיקה חלקיקית בעזרת קרינת בטא ניתן לחקור ולגלות את מבנה הגרעין. כתוצאה מכך פיזיקאים יכולים לפתח תיאוריות ומחקרים מתקדמים בהתבסס על ניסויים. בעולם הרפואה נעזרים בקרינת בטא β לאבחון וטיפול במחלות כמו סרטן ושאר פתולוגיות ברקמות. בעולם הארכיאולוגיה נעזרים בקרינת בטא β לתיארוך של ממצאים בעזרת פחמן-14 האיזוטופ 14C.
תבניות תגובה נפוצות לניסוח הדעיכה האטומית:
