Rozpad beta

Beta minus

Na poziomie nukleonu n → p + e⁻ + ν̄ₑ. W całym jądrze liczba masowa A pozostaje stała, a Z rośnie o jeden. Ładunek jest zachowany: nowy proton ma +e, elektron −e, a antyneutrino jest obojętne. Jądro potomne jest więc następnym pierwiastkiem w układzie okresowym.

Beta plus i wychwyt elektronu

W β⁺ proton przechodzi w neutron i powstają pozyton oraz neutrino: p → n + e⁺ + νₑ. A pozostaje stałe, a Z maleje o jeden. Wychwyt elektronu również zmniejsza Z o jeden. To, który kanał jest energetycznie dozwolony, zależy od różnic mas atomowych.

Dlaczego widmo beta jest ciągłe

Określone przejście ma ustaloną całkowitą wartość Q, ale elektron nie dostaje jednej energii. Energia i pęd są dzielone między cząstkę beta, neutrino i odrzut jądra potomnego. Zmienny udział energii neutrino daje ciągłe widmo elektronów z charakterystyczną energią końcową.

Ciągłe widmo beta było historycznie kluczową wskazówką prowadzącą do hipotezy neutrina. Gdyby w końcowym stanie były tylko elektron i jądro potomne, przy ustalonej wartości Q energia elektronu byłaby prawie jednoznaczna. Trzecia cząstka pozwala zachować energię i pęd w każdym zdarzeniu, a nie tylko średnio w wielu rozpadach.

Oddziaływanie słabe

Na poziomie kwarkowym β⁻ odpowiada przemianie kwarku d w kwark u przez naładowany prąd oddziaływania słabego. Ten opis pokazuje, dlaczego neutron może stać się protonem, a jednocześnie zachowane są energia, pęd, ładunek i odpowiednie liczby kwantowe.

Oddziaływanie z materią

Cząstki beta są zwykle bardziej przenikliwe niż alfa i słabiej jonizują wzdłuż toru. Ekranowanie zależy od energii; bardzo gęste materiały mogą zwiększać promieniowanie hamowania. Jądro potomne może pozostać wzbudzone i następnie wyemitować gamma, więc oba etapy mogą wystąpić kolejno.

Przy obliczaniu Q dla β⁺ trzeba uważać na używane masy atomowe. Emisja pozytonu wymaga energetycznie utworzenia pozytonu i odpowiedniego bilansu elektronów, dlatego próg jest bardziej restrykcyjny niż dla samego przejścia proton–neutron. Wychwyt elektronu może być dozwolony nawet wtedy, gdy emisja β⁺ nie jest.

Przykłady obliczeniowe

1. β⁻

2. β⁺

3. ν̄ₑ