การสลายบีตา

การสลายบีตาเกิดจาก ปฏิสัมพันธ์ที่อ่อนแอ ที่เปลี่ยนสัดส่วน โปรตอน-นิวตรอน ภายใน นิวเคลียส ใน β⁻ นิวตรอน เปลี่ยนเป็น โปรตอน พร้อมปล่อย อิเล็กตรอน และ แอนตินิวตริโนอิเล็กตรอน ส่วน β⁺ เปลี่ยน โปรตอน เป็น นิวตรอน พร้อม โพซิตรอน และ อิเล็กตรอนนิวตริโน

การทำบัญชีแบบเบต้าลบ

β⁻: n→p+e⁻+ν̄_e และระดับ นิวเคลียส เขียน ^A_ZX→^A_{Z+1}Y+e⁻+ν̄_e เลขมวล ไม่เปลี่ยนเพราะจำนวน นิวเคลียส เท่าเดิม แต่ เลขอะตอม เพิ่มหนึ่ง

ตัวอย่าง คาร์บอน-14 กลายเป็น ไนโตรเจน-14 โดย ^14_6C→^14_7N+e⁻+ν̄_e

เบต้าพลัส และ การจับอิเล็กตรอน

β⁺: p→n+e⁺+ν_e ทำให้ Z ลดหนึ่งและ A คงเดิม การสร้าง โพซิตรอน ต้องมี ค่า Q เพียงพอสำหรับ พลังงานมวลส่วนที่เหลือ ของมัน

การจับอิเล็กตรอน เป็นอีกทางที่ นิวเคลียส จับ อิเล็กตรอนในวงโคจร ผ่าน p+e⁻→n+ν_e ทำให้ Z ลดหนึ่งโดยไม่มี โพซิตรอน ถูกปล่อย

สเปกตรัมเบต้าต่อเนื่อง

ถ้า การสลายตัวของเบต้า เป็น กระบวนการสองร่าง ระหว่าง ลูกสาว กับ อิเล็กตรอน เพียงสองตัว พลังงานอิเล็กตรอน ควรเป็นค่า ไม่ต่อเนื่อง แต่การทดลองพบ ความต่อเนื่อง

นิวตริโน รับส่วนแบ่ง พลังงาน และ โมเมนตัม ที่เปลี่ยนได้ ทำให้ กฎหมายการอนุรักษ์ สมบูรณ์และอธิบาย จุดสิ้นสุด ของ สเปกตรัม

ปฏิสัมพันธ์ที่อ่อนแอ

การสลายตัวของเบต้า ไม่ได้เกิดจาก แข็งแรง หรือ ปฏิสัมพันธ์ทางแม่เหล็กไฟฟ้า แต่จาก ปฏิสัมพันธ์ที่อ่อนแอ ใน ภาพควาร์ก ของ β⁻ มี ลงควาร์ก เปลี่ยนเป็น ขึ้นควาร์ก

การมี นิวตริโน หรือ แอนตินิวตริโน ยังสอดคล้องกับ การทำบัญชีเลปตันนัมเบอร์ ในกระบวนการพื้นฐาน

ปฏิสัมพันธ์ และ ป้องกัน

อนุภาคบีตาสามารถแทรกซึมได้ กว่า อัลฟ่า โดยทั่วไปแต่ต่ำกว่า แกมมา และเสียพลังงานผ่าน ไอออนไนซ์, การกระตุ้น และ กระเจิง

อิเล็กตรอน พลังงานสูงที่ถูกหยุดในวัสดุ สูง-Z สามารถสร้าง รังสีเอกซ์ เบรมส์สตราห์ลุง ได้ จึงต้องพิจารณา รังสีทุติยภูมิ ในการเลือก ป้องกัน

ค่า Q และการทดลอง สเปกตรัมเบต้า

การคำนวณ Q ด้วย มวลอะตอม ต้องจัดการ การทำบัญชีอิเล็กตรอน ให้ถูก โดยเฉพาะ β⁺ ที่ต้องมีพลังงานอย่างน้อยสำหรับการสร้าง โพซิตรอน และการเปลี่ยนจำนวน อิเล็กตรอน ของอะตอม

จุดสิ้นสุด ของ สเปกตรัมเบต้า มีความสำคัญต่อการทดลอง มวลนิวตริโน เพราะรูป สเปกตรัม ใกล้ จุดสิ้นสุด ไวต่อ จลนศาสตร์ อย่างละเอียด ลูกสาวหดตัว แม้เล็กก็ต้องรวมใน การวิเคราะห์ที่แม่นยำ

การสลายตัวของเบต้า ยังมี ได้รับอนุญาต และ การเปลี่ยนที่ต้องห้าม ตาม โมเมนตัมเชิงมุม และ กฎการเลือกความเท่าเทียมกัน จึงทำให้ ครึ่งชีวิต ต่างกันมากแม้ ค่า Q ใกล้กัน

การสลายตัวของเบต้า กับ เสถียรภาพทางนิวเคลียร์

นิวเคลียส ที่มี อัตราส่วนนิวตรอนต่อโปรตอน สูงเกินไปมักมีแนวโน้ม β⁻ เพื่อเปลี่ยน นิวตรอน เป็น โปรตอน ส่วน นิวเคลียส ที่ อุดมด้วยโปรตอน อาจ β⁺ หรือ การจับอิเล็กตรอน เพื่อเปลี่ยน โปรตอน เป็น นิวตรอน

ทิศนี้เป็นเพียงแนวโน้มจาก สมดุลพลังงาน ต้องตรวจ มวลอะตอม และ ค่า Q จริง เพราะบาง นิวไคลด์ อาจมีหลาย โหมดการสลายตัวที่แข่งขันกัน พร้อม อัตราส่วนการแตกแขนง ต่างกัน

แบบฝึกหัด

C-14 β⁻

A=14, Z=6

เฉลย: ลูกสาว = N-14, Z=7

β⁺

ผู้ปกครอง A=22, Z=11

เฉลย: ลูกสาวเอ=22, Z=10

สเปกตรัม

ทำไม พลังงานอิเล็กตรอน ต่อเนื่อง?

เฉลย: เพราะ ลูกสาว, อิเล็กตรอน และ นิวตริโน แบ่ง พลังงาน/โมเมนตัม กัน