Бета-розпад

Бета-розпад (β-розпад), мимовільні (спонтанні) перетворення нейтрона n на протон р і протона на нейтрон усередині атомного ядра (а також перетворення на протон вільного нейтрона), що супроводжуються випусканням електрона е^- або позитрона е⁺ та електронних антинейтрино ^~v_e або нейтрино v_e. Відомі два види бета-розпаду:
1) β-розпад: n→р+е^- +^~v_e, при якому утворюється ядро з числом протонів Z на одиницю більшим, ніж у вихідного ядра, наприклад:

Найпростішим прикладом β^- -розпаду є розпад вільного нейтрона.
2) Позитронний бета-розпад (β⁺ -розпад): р→n+e⁺+v_e, при якому утворюється ядро з Z на одиницю меншим, ніж у вихідного ядра, наприклад:

До бета-розпаду відносять також процес поглинання ядром атома електрона з випусканням v_e (електронне захоплення). При електронному захопленні, як і при позитронному бета-розпаді, один з протонів ядра перетворюється на нейтрон: р+е^-→n+v_e, і число протонів Z зменшується на одиницю, наприклад:

Спорідненими з бета-розпадом є процеси взаємодії нейтрино й антинейтрино з ядрами:

(А — масове число ядер X).  Бета-розпад зумовлений слабкими взаємодіями. Періоди піврозпаду T_1/2 β-активних ядер варіюються від 10^-2 с до 10¹⁸ років.  Бета-розпад спостерігається і у важких, і в легких ядрах. Стійкість ядер залежить від співвідношення чисел протонів Z і нейтронів N. Зі зростанням Z збільшується енергія кулонівського відштовхування протонів. Тому в середніх і важких стабільних ядер значення (N—Z) >0 (див. Ядро атомне). Ядра, в яких N більше, ніж потрібно для їхньої стабільності, радіоактивні й можуть зазнавати β^--розпаду; ядра, в яких N занадто мало, можуть зазнавати β⁺-розпаду або електронного захоплення. Повна енергія Ε_п, що виділяється при бета-розпаді, розподіляється головним чином між двома частинками, наприклад між е^- і v_e. Деяку дуже малу її частку (-Ε²_п/Мс², де М — маса ядра) забирає залишкове ядро, яке зазнає при бета-розпаді «віддачі». Розподіл електронів, що вилітають, за енергіями N (Ε) називається β-спектром. Загальні властивості β-спектрів — неперервність і наявність максимальної енергії Ε_макс - верхньої межі β-спектра. Саме на підставі цих властивостей β-спектрів швейцарський фізик В. Паулі в 1930 передбачив існування нейтрино.  Форма β-спектра може залежати від станів вихідного й утвореного ядер (спіна, парності та ін.).  За малих енергій зарядженої частинки, що вилітає (е^- або е⁺ ), форма β-спектра спотворюється впливом кулонівської взаємодії між ядром і електроном або позитроном. Бета-розпад часто відбувається не тільки на основний рівень, а й на збуджені рівні кінцевого ядра. Якщо розпад іде на кілька рівнів, то β-спектр набуває складної форми.  Теорія бета-розпаду була створена в 1934 італійським фізиком Е. Фермі за аналогією з електродинамікою, де випускання й поглинання фотонів розглядається як результат взаємодії заряду зі створюваним ним самим електромагнітним полем (фотони виникають у момент випускання). Процес бета-розпаду розглядається як результат взаємодії нуклона з електронно-нейтринним полем: нуклон переходить в інший стан, випускаючи е^- або е⁺ і ^~v_e або v_e.