Betahenfall
Betahenfall endrer proton–nøytron-balansen i en kjerne gjennom den svake vekselvirkningen. Massetallet A kan forbli uendret mens atomnummeret Z endres med én, og det utsendte elektronet eller positronet skapes i selve henfallet.
Beta minus gjør et nøytron til et proton
I β⁻-henfall skjer n → p + e⁻ + ν̄ₑ. På kjernenivå forblir A uendret og Z øker med én.
Ladning, energi, impuls og spinn må bevares for hele slutt-tilstanden. Elektronet var ikke lagret inne i kjernen før henfallet.
Beta pluss og elektroninnfangning
I β⁺-henfall omdannes et proton til et nøytron, et positron og et elektronnøytrino: Z minker med én mens A er uendret.
Ved elektroninnfangning tar kjernen opp et indre atomært elektron: p+e⁻→n+νₑ. Også her minker Z med én, men masse- og energibokføringen må gjøres med konsistente atom- eller kjernemasser.
Det kontinuerlige spekteret og nøytrinoet
Betaelektroner har ikke én bestemt kinetisk energi. Q-energien deles variabelt mellom beta-partikkelen, nøytrinoet og den rekylerende kjernen.
Det kontinuerlige spekteret var historisk et viktig spor til nøytrinoet. Uten nøytrinoet ville energi og impuls tilsynelatende ikke kunne bevares hendelse for hendelse.
Hva beta-partikler gjør i stoff
Elektroner og positroner er mye lettere enn alfapartikler og får derfor mer spredte, krokete baner i stoff. De ioniserer og bremses, og raske elektroner kan produsere bremsestråling.
Positroner annihilerer til slutt med elektroner, vanligvis til gammafotoner. Skjerming må derfor ta hensyn til både ladde partikler og sekundær stråling.
Løste eksempler
1. Karbon-14
Hva blir datterkjernen ved β⁻ fra ¹⁴C, Z=6?
Løsning
A forblir 14 og Z øker til 7: ¹⁴N.
2. Beta pluss
En mor har A=22, Z=11 og henfaller β⁺.
Løsning
A=22, Z=10 i datterkjernen.
3. Energispekter
Hvorfor har beta-partikkelen en kontinuerlig energifordeling?
Løsning
Fordi Q-energien deles mellom beta-partikkel, nøytrino og rekyl med mange mulige fordelinger.
Når atommasse brukes i β⁺-beregninger, må elektron- og positronmasser behandles riktig; dette er en vanlig kilde til feil i Q-verdier. Den svake vekselvirkningen endrer nukleontype, men den totale elektriske ladningen og leptonbokføringen bevares når alle sluttpartikler tas med. Beta-spektret er derfor et direkte eksempel på flerlegeme-kinematikk, ikke energitap til en ukjent mekanisme.
Kjernefysiske beregninger er følsomme for definisjoner og for hvilke partikler som er med i start- og sluttilstanden. Massetall A er et heltall som teller nukleoner, mens en tabellert atommasse er en målt masse som også inkluderer elektroner. Derfor må atom- og kjernemasser ikke blandes uten korreksjon. Den sikreste framgangsmåten er å skrive full reaksjon eller overgang først, kontrollere A, Z og elektrisk ladning, og deretter bruke masse- og energibalansen. En positiv Q-verdi forteller at et sluttstadium er energetisk tilgjengelig, men sier ikke alene hvor raskt prosessen går; tunnellering, svak vekselvirkning, elektromagnetiske utvalgsregler og tilgjengelige eksiterte nivåer bestemmer sannsynligheten. Målt stråling og halveringstid må derfor tolkes sammen med bevaringslovene, ikke som erstatning for dem.