베타 붕괴
베타 붕괴는 약한 상호작용을 통해 원자핵의 양성자-중성자 균형을 바꿉니다. 알파 붕괴와 달리 질량수 A는 그대로인데 원자번호 Z가 1만큼 바뀔 수 있습니다. 방출되는 전자나 양전자는 핵 속에 저장되어 있던 것이 아니라 붕괴 과정에서 생성됩니다.
β⁻는 중성자를 양성자로 바꾼다
β⁻ 붕괴에서는 n→p+e⁻+ν̄e가 일어납니다. 원자핵 전체로 쓰면 (A,Z)→(A,Z+1)+e⁻+ν̄e입니다. A는 그대로이고 Z는 1 증가합니다. 완전한 과정에서 전하, 에너지, 운동량, 각운동량이 보존됩니다.
β⁺와 전자포획
β⁺ 붕괴에서는 양성자가 중성자로 바뀌면서 양전자와 전자 중성미자가 생겨 Z가 1 감소합니다. 전자포획에서는 원자핵이 원자 전자를 포획하고 양성자 하나가 중성자로 바뀌면서 중성미자를 방출합니다. 이 과정들은 모두 중성자-양성자 비를 조절합니다.
연속 스펙트럼과 중성미자
딸핵과 전자만 생성된다면 일정한 핵전이는 거의 일정한 전자 에너지를 줘야 합니다. 실제로는 연속 스펙트럼이 관측됩니다. 이용 가능한 에너지와 운동량이 전자, 중성미자, 딸핵 반동 사이에 나뉘기 때문입니다. 중성미자는 에너지·운동량 보존 장부에 필수입니다.
베타 입자가 물질에서 하는 일
베타 입자는 알파 입자보다 훨씬 가벼워 대체로 더 멀리 이동하지만, 원자핵의 전기장에 의해 쉽게 꺾이고 전자와의 충돌로 에너지를 잃습니다. 투과 깊이는 입자 에너지와 물질에 달려 있습니다. 방사능, 입자 에너지, 기하학, 노출 조건을 하나의 막연한 “세기”로 합치면 안 됩니다.
예제
1. β⁻ 딸핵
풀이
탄소-14는 A=14, Z=6. β⁻ 뒤 A=14, Z=7이 되어 질소-14입니다.
2. β⁺ 구분
풀이
β⁺에서는 A가 그대로이고 Z가 1 감소합니다. A=22, Z=11이면 딸핵은 A=22, Z=10입니다.
3. 연속 스펙트럼
풀이
같은 핵전이에서도 에너지가 전자·중성미자·반동 사이에 매번 다르게 분배되어 전자 운동에너지가 달라질 수 있습니다.