Бета-распад (β-распад)

Бета-распад (β-распад), самопроизвольные (спонтанные) превращения нейтрона n в протон р и протона в нейтрон внутри атомного ядра (а также превращение в протон свободного нейтрона), сопровождающиеся испусканием электрона е^- или позитрона е⁺ и электронных антинейтрино ^~v_e или нейтрино v_e. Известны два вида бета-распада:
1) β-распад: n→р+е^- +^~v_e, при котором образуется ядро с числом протонов Z на единицу больше, чем у исходного ядра, например:

Простейшим примером β^- -распада является распад свободного нейтрона.
2) Позитронный бета-распад (β⁺ -распад): р→n+e⁺+v_e при котором образуется ядро с Z на единицу меньше, чем у исходного ядра, например:

К бета-распаду относят также процесс поглощения ядром атома электрона с испусканием v_e (электронный захват). При электронном захвате, как и при позитронном бета-распаде, один из протонов ядра превращается в нейтрон: р+е^-→n+v_e, и число протонов Z уменьшается на единицу, например:

Родственными бета-распаду являются процессы взаимодействия нейтрино и антинейтрино с ядрами:

(А — массовое число ядер X). 

Бета-распад обусловлен слабыми взаимодействиями. Периоды полураспада T_1/2 β-активных ядер варьируются от 10^-2 с до 10¹⁸ лет. 

Бета-распад наблюдается и у тяжёлых и у лёгких ядер. Устойчивость ядер зависит от соотношения чисел протонов Z и нейтронов N. С ростом Z увеличивается энергия кулоновского отталкивания протонов. Поэтому у средних и тяжёлых стабильных ядер значение (N—Z) >0 (см. Ядро атомное). Ядра, у которых N больше, чем требуется для их стабильности, радиоактивны и могут испытывать β^--распад; ядра, у которых N слишком мало, могут испытывать β⁺-распад или электронный захват. Полная энергия Ε_п, выделяющаяся при бета-распаде, распределяется главным образом между двумя частицами, например между е^- и v_e. Некоторую очень малую её долю (-Ε²_п/Мс², где М — масса ядра) уносит остаточное ядро, испытывающее при бета-распаде «отдачу». Распределение вылетающих электронов по энергиям N (Ε) называется β-спектром. Общие свойства β-спектров — непрерывность и наличие максимальной энергии Ε_макс - верхней границы β-спектра. Именно на основании этих свойств β-спектров швейцарский физик В. Паули в 1930 предсказал существование нейтрино. 

Форма β-спектра может зависеть от состояний исходного и образовавшегося ядер (спина, чётности и др.). 

При малых энергиях вылетающей заряженной частицы (е^- или е⁺ ) форма β-спектра искажается влиянием кулоновского взаимодействия между ядром и электроном или позитроном. Бета-распад часто происходит не только на основной уровень, но и на возбуждённые уровни конечного ядра. Если распад идёт на несколько уровней, то β-спектр приобретает сложную форму. 

Теория бета-распада была создана в 1934 итальянским физиком Э. Ферми по аналогии с электродинамикой, где испускание и поглощение фотонов рассматривается как результат взаимодействия заряда с создаваемым им самим электромагнитным полем (фотоны возникают в момент испускания). Процесс бета-распада рассматривается как результат взаимодействия нуклона с электронно-нейтринным полем: нуклон переходит в другое состояние, испуская е^- или е⁺ и ^~v_e или v_e.