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Betastrahlung (auch β-Strahlung geschrieben) ist eine Art von ionisierender Strahlung.

Die Elementarteilchen der Betastrahlen sind Elektronen (β^--Strahlung) oder Positronen (β⁺-Strahlung), die mit hoher Energie (Geschwindigkeit) aus dem Atomkern eines sich gerade durch radioaktiven Zerfall (Betazerfall) verändernden Atoms ausgestoßen werden.

Inhaltsverzeichnis 1 Grundlagen 2 Wechselwirkung mit Materie 3 Maximale Reichweite in der Forschung verbreiteter β-Strahler in verschiedenen Materialien 4 Siehe auch 5 Weblinks

Grundlagen

Beim Betazerfall unterscheidet man zwei Fälle: Bei Kernen mit relativem Neutronenüberschuss wandelt sich ein Neutron unter Aussendung eines Elektrons in ein Proton um (β^--Strahlung), während sich bei Kernen mit Neutronenmangel ein Proton unter Aussendung eines Positrons in ein Neutron verwandelt (β⁺-Strahlung). Zugleich mit dem Elektron wird jeweils ein Elektron-Antineutrino, mit dem Positron ein Elektron-Neutrino ausgesandt. Diese fast unbeobachtbaren Teilchen nehmen einen Teil der freiwerdenden Energie auf.

Dass negative Betastrahlen das Gleiche sind wie Elektronen, also die Teilchen, aus denen die Atomhülle besteht, ist dadurch erwiesen, dass β^--Teilchen beim Zusammentreffen mit Hüllenelektronen offensichtlich dem Pauli-Prinzip unterliegen. Wären sie eine andere Teilchenart, könnten sie unabhängig von den vorhandenen Elektronen auf alle quantenmechanisch möglichen "Bahnen" (Orbitale) eingefangen werden; die Absorption von β^--Strahlung in Materie müsste dann um Größenordnungen stärker sein als beobachtet. Entsprechend beweist die Annihilation von β⁺-Strahlung in Materie, dass es sich um Positronen, die Antiteilchen der Atomelektronen, handelt.

Aus der Besonderheit, dass das Elektron an zwei verschiedenen "Stellen" im Aufbau der Materie vorkommt, kann man vermuten, dass alle Atomelektronen ursprünglich als Betastrahlung entstanden sind.

In der Frühzeit der Kernphysik führte die Beobachtung von Beta-Elektronen vorübergehend zu dem Fehlschluss, Elektronen seien Bestandteile des Atomkerns. Jedoch werden die beiden emittierten Teilchen erst im Zeitpunkt der Kernumwandlung erzeugt.

Wechselwirkung mit Materie

Betastrahlen lassen sich mit einem einige Millimeter dicken Absorber (beispielsweise Aluminiumblech) gut abschirmen. Allerdings wird dabei ein Teil der Energie der Betateilchen in Röntgen-Bremsstrahlung umgewandelt. Um diesen Prozess zu verringern, sollte das Abschirmmaterial möglichst leichte Atome aufweisen, also von geringer Ordnungszahl sein. Dahinter kann dann ein Schwermetall als zweiter Absorber dienen, der die Bremsstrahlung abschirmt.

Wenn Betateilchen in ein Material eindringen, findet der höchste Energieübertrag auf das Material und die höchste Ionisierung in einer dünnen Schicht statt, die der Eindringtiefe der Teilchen entspricht. Ist der menschliche Körper Betastrahlen ausgesetzt, werden nur Hautschichten geschädigt. Dort kann es aber zu intensiven Verbrennungen und daraus resultierenden Spätfolgen wie Hautkrebs kommen. Sind die Augen exponiert, kann es zur Linsentrübung kommen. Therapeutisch wird dieser Effekt eingesetzt, um dicht unter der Hautoberfläche liegende Krebsgeschwüre zu bestrahlen.

Werden Betastrahler in den Körper aufgenommen (inkorporiert), sind hohe Strahlenbelastungen in der Umgebung des Strahlers die Folge. Gut dokumentiert ist Schilddrüsenkrebs als Folge von radioaktivem Iod-131 (¹³¹I), das sich in der Schilddrüse sammelt. In der Literatur findet man auch Befürchtungen, dass Strontium-90 (⁹⁰Sr) zu Knochenkrebs und Leukämie führen kann, da sich Strontium wie Kalzium in den Knochen anreichert.

Maximale Reichweite in der Forschung verbreiteter β-Strahler in verschiedenen Materialien

Für β-Strahler lässt sich eine materialabhängige maximale Reichweite definieren, denn β-Teilchen geben ihre Energie (so wie Alphateilchen) in vielen Einzelstößen an Atomelektronen ab; die Strahlung wird also nicht exponentiell abgeschwächt wie Gammastrahlung. Aus dieser Erkenntnis resultiert die Auswahl abschirmender Materialien. Siehe auch ionisierende Strahlung, Abschirmung (Strahlung).

Nuklid	Energie in MeV	Reichweite in cm
		Luft	Plexiglas	Glas
3H	0,019	8	-	-
14C	0,156	65	-	-
32P	1,71	710	0,72	0,4
35S	0,167	70	-	-
131I	0,6	250	0,26	-

Aus dieser Aufstellung ergibt sich die relative Gefährlichkeit des in der Forschung verbreiteten Radionuklids ³²P, der in der Strahlenschutzverordnung von 2001 Rechnung getragen wurde. Zur Abschirmung ist ein Plexiglasschild von 1 cm Stärke optimal; in Materialien höherer Ordnungszahl würde unnötig viel Bremsstrahlung entstehen (siehe oben).

Siehe auch

• Betazerfall
• Alphastrahlung
• Gammastrahlung
• Szintillationszähler

Weblinks

• Strahlenschutzverordnung beim Bundesministerium für Umwelt, Naturschutz und Reaktorsicherheit (PDF; 408 KB)
• Das "Glossar Strahlenschutz" des Forschungszentrums Jülich mit zahlreichen Begriffserklärungen und Definitionen zur Strahlung, Strahlungsmessung und Exposition/Dosimetrie.

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