Beetahajoaminen
Beetahajoaminen muuttaa ytimen protoni–neutronitasapainoa heikon vuorovaikutuksen kautta. Massaluku A voi pysyä samana, vaikka atomiluku Z muuttuu yhdellä. Emittoitu elektroni tai positroni syntyy itse hajoamisessa eikä ollut valmiiksi ytimen sisällä.
Beta miinus muuttaa neutronin protoniksi
β⁻-hajoamisessa n→p+e⁻+ν̄ₑ. Ytimelle tämä tarkoittaa, että A säilyy ja Z kasvaa yhdellä.
Koko lopputilan täytyy säilyttää sähkövaraus, energia, liikemäärä ja kulmaliikemäärä. Antineutriino kuuluu siis olennaisesti kirjanpitoon.
Beta plus ja elektronisieppaus pienentävät Z:aa
β⁺-hajoamisessa protoni muuttuu neutroniksi, positroniksi ja elektronineutriinoksi; A säilyy ja Z pienenee yhdellä.
Elektronisieppauksessa ydin ottaa sisäkuoren elektronin: p+e⁻→n+νₑ. Atomimassoja käytettäessä massakirjanpito on tehtävä kummassakin prosessissa erityisen huolellisesti.
Jatkuva spektri paljastaa energian jakautumisen
Betaelektronit eivät lähde yhdellä kiinteällä kineettisellä energialla. Q-energia jakautuu eri tavoin beta-hiukkasen, neutriinon ja ytimen rekyylin kesken.
Tämä jatkuva jakauma oli historiallinen syy neutriinohypoteesiin: energia ja liikemäärä säilyvät jokaisessa yksittäisessä tapahtumassa, kun näkymätön neutriino otetaan mukaan.
Aineessa elektronit siroavat ja jarruuntuvat
Beta-hiukkaset ovat paljon kevyempiä kuin alfahiukkaset, joten niiden radat aineessa ovat mutkittelevia ja niiden energiahäviö vaihtelee.
Nopeat elektronit voivat tuottaa jarrutussäteilyä. Positroni puolestaan annihiloituu lopulta elektronin kanssa ja tuottaa tavallisesti gammafotoneja.
Ratkaistuja esimerkkejä
1. Hiili-14
¹⁴C, Z=6, käy läpi β⁻-hajoamisen.
Ratkaisu
A pysyy 14 ja Z kasvaa arvoon 7: ¹⁴N.
2. Beta plus
A=22, Z=11 ennen β⁺-hajoamista.
Ratkaisu
Datterilla A=22, Z=10.
3. Jatkuva energia
Miksi betaenergialla ei ole yhtä arvoa?
Ratkaisu
Q jakautuu beta-hiukkasen, neutriinon ja rekyylin kesken.
β⁺-hajoamisen Q-arvoa atomimassoista laskettaessa elektronien ja positronin lepomassat on käsiteltävä oikein; muuten kynnysenergia menee väärin. Heikko vuorovaikutus muuttaa nukleonin tyyppiä, mutta kaikki säilymislait toteutuvat, kun koko lopputila otetaan huomioon. Jatkuva spektri on siis monen kappaleen kinematiikkaa, ei puuttuvaa energiaa.
Ydinfysiikan laskuissa määritelmät ja alku- sekä lopputilaan kuuluvat hiukkaset on pidettävä tarkasti erillään. Massaluku A on kokonaisluku, joka laskee nukleonit, kun taas taulukoitu atomimassa on mitattu massa, johon sisältyvät myös elektronit. Atomimassoja ja paljaiden ytimien massoja ei siksi saa sekoittaa ilman korjausta. Turvallinen menetelmä on kirjoittaa koko reaktio tai siirtymä, tarkistaa A, Z ja sähkövaraus ja vasta sen jälkeen tehdä massa- ja energiatase. Positiivinen Q-arvo kertoo, että lopputila on energisesti mahdollinen, mutta ei yksin prosessin nopeutta. Tunnelointi, heikko vuorovaikutus, sähkömagneettiset valintasäännöt ja käytettävissä olevat viritystilat määräävät todennäköisyyksiä. Mitattua säteilyä ja puoliintumisaikaa tulkitaan siis säilymislakien rinnalla, ei niiden korvikkeena.