什么是衰变-放射性-定义

β衰变或β衰变表示通过发射β粒子，父核向子核的衰变。这种转变(β^{- - - - - -}衰变)可描述为:

如果一个核发射一个粒子，它失去一个电子(或正电子)。在这种情况下，子核的质量数不变，但子核会形成不同的元素。

β粒子是由某些类型的放射性核(如钾-40)发射的高能、高速电子或正电子。粒子有更大的范围的穿透力比α粒子强，但仍远不及伽马射线．释放的粒子是一种电离辐射也被称为射线。衰变有以下几种形式:

• 负衰变-电子衰变。在电子衰变中，一个富含中子的原子核发射出一个高能电子(β^{- - - - - -}粒子)。电子带负电荷，几乎没有质量的粒子。根据电荷守恒定律，核电荷必须增加一个单位。在这种情况下，流程可以表示为:
• 正电子衰变-正电子衰变。在正电子衰变中，一个富含质子的原子核释放出一个正电子(正电子是电子的反粒子，质量与电子相同，但带正电)，从而减少一个单位的核电荷。在这种情况下，这个过程可以表示为:湮灭发生，当一个低能的正电子与一个低能的电子相撞。
• 逆衰变-电子捕获．电子俘获，也称为逆衰变，有时也被列为衰变的一种类型，因为由弱相互作用介导的基本核过程是相同的。在这个过程中，一个富含质子的原子核也可以通过吸收一个原子电子来减少一个单位的核电荷。

电子的发射是最早观察到的衰变现象之一。逆过程,电子俘获由路易斯·阿尔瓦雷斯在钒48中首次观察到。他在1937年的《物理评论》上发表了一篇论文。

在一个核反应堆特别是发生β−衰变，因为的共同特征裂变产物是中子的过剩(见核稳定)．一种不稳定的裂变碎片，含有过量的中子在β -衰变过程中，中子被转化为质子、电子和质子电子反中微子．一个自由中子也会经历这种类型的衰变。自由中子衰变的半衰期为大约611秒(10.3分钟)变成一个质子、一个电子和一个反中微子反物质对应的中微子一种不带电荷、质量很小或没有质量的粒子)。

衰变理论-弱相互作用

β衰变由弱相互作用．在衰变过程中，两个中的一个下降夸克通过发射W变成上夸克^{- - - - - -}玻色子(带走负电荷)。W^{- - - - - -}玻色子就会衰变成β粒子和一个反中微子．这个过程相当于中微子与中子相互作用的过程。

从图中可以看出弱相互作用把一种夸克变成另一种夸克。注意,标准模型有六种夸克和六种轻子。的弱相互作用是一个夸克可以变成另一个夸克，或者一个轻子变成另一个轻子的唯一过程(口味变化)。无论是强相互作用也不电磁允许味道发生变化。这一事实在核粒子的许多衰变中是至关重要的。例如，在为太阳提供能量的聚变过程中，两个质子通过弱作用力相互作用形成氘核，氘核进一步反应生成氦。如果没有弱相互作用，二质子将通过质子发射衰变回两个氢原子-1未结合的质子。因此，没有它，太阳不会燃烧，因为弱相互作用导致嬗变p -> n。

相比α衰变在衰变之前，β粒子及其相关的中微子都不存在于原子核中，而是在衰变过程中产生的。通过这个过程，不稳定的原子获得了更稳定的质子与中子的比例。核素因衰变和其他形式的衰变而衰变的概率是由它的核结合能决定的。无论电子或正电子发射在能量上是可能的，能量释放(见下文)或Q值必须是正的。

Beta衰变的例子

衰变的能谱

在这两个α而且γ衰变，得到的粒子(α粒子或光子)有一个狭窄的能量分布因为粒子携带的能量来自于初始态和最终态之间的差。例如，在α衰变的情况下，当一个父核自发分解产生一个子核和一个α粒子时，两个产物的质量之和并不完全等于原核的质量质量缺陷)．由于能量守恒定律的作用，这种差异表现为粒子的动能．由于相同的粒子在特定的母核每次击穿时都作为产物出现，质量差应该永远保持不变,动能粒子的大小也应该是相同的。换句话说，粒子束应该是单色的．

预期同样的考虑也适用于父核分解为子核和β粒子．因为只有电子和反冲子核被观察到衰变，这个过程是初始的假设是一个两体过程非常像衰变。假设粒子也会形成a似乎是合理的单色的梁．

为了演示二体衰变的能量学，考虑一个电子发射而母核静止的衰变，conservation的能量要求:

由于电子是轻得多的粒子，预计它将带走大部分释放的能量，这将有一个独特的值T_{e -}．

但现实并非如此．然而，Lise Meitner和Otto Hahn在1911年和Jean Danysz在1913年测量的贝塔粒子光谱显示，在漫反射背景上有多条线。此外，几乎所有发射的粒子的能量都低于二体衰变中能量守恒所预测的能量。发射的电子衰变是连续的而不是一个离散的光谱似乎与能量守恒相矛盾，在当时的假设下，衰变是一个简单的电子从原子核发射。当第一次观察到这一点时，它似乎威胁到了物理学中最重要的守恒定律之一的存续！

为了解释这种能量释放，泡利提出(1931年)在衰变过程中发出的另一个粒子后来被费米命名为中微子．很明显，这个粒子必须具有很强的穿透力，电荷的守恒要求中微子是电中性的。这就解释了为什么探测到这种粒子如此困难。“中微子”一词来自意大利语，意为“小中性粒子”，而中微子则用希腊字母表示ν(ν)．在衰变过程中，中微子携带着丢失的能量，在这个过程中也遵循着衰变定律能量守恒仍然有效．

衰变中的守恒定律

在分析核反应，我们应用许多守恒定律．核反应都受制于古典电荷，动量，角动量和能量的守恒定律(包括其他能量)。经典物理学没有预料到的其他守恒定律有:

• 轻子数守恒定律
• 重子数守恒定律
• 电荷守恒定律

有些法律在任何情况下都能遵守，有些则不然。我们已经接受了能量和动量守恒。在所有给出的例子中，我们假设质子数和中子数分别是守恒的。我们将找出这条规则不成立的情况和条件。当我们考虑非相对论性核反应时，它本质上是正确的。然而，当我们考虑相对论性的核能或那些涉及弱相互作用的核能时，我们将发现这些原理必须加以推广。

有些守恒原理来自理论考虑，有些只是经验关系。尽管如此，任何没有被守恒定律明确禁止的反应通常都会发生，只是速度可能比较慢。这种预期是基于量子力学的。除非初态和终态之间的势垒是无限高的，否则总有一个非零概率一个系统会在它们之间进行转换。

为了分析非相对论性反应，只要注意支配这些反应的四个基本定律就足够了。

1. 守恒的核子．反应前后的核子总数是一样的。
2. 电荷守恒．反应前后所有粒子的电荷之和是一样的
3. 动量守恒．反应前后相互作用粒子的总动量是相同的。
4. 能量守恒．能量，包括静止质量能，在核反应中是守恒的。

参考:Lamarsh, John R.核工程导论第二版

Beta衰变- q值

在原子核和粒子物理学中核反应的能量学是由核反应能量的反应。的核反应能量反应的区别和之间休息群众的初始反应物和群众的最终产品，单位是能量单位(通常是MeV)。

考虑一个典型的反应，在这个反应中，抛射物a和靶物a产生两个生成物B和B，这也可以用我们目前使用的符号来表示，a + a→B + B，或者用更简洁的符号表示，A (A, b)．

参见:E = mc2

的核反应能量这个反应由:

Q = [ma + ma - (mb + mb)²

当描述衰变(无弹丸反应)时，分解的核通常被称为父核，事件发生后剩余的核称为子核。粒子的发射，要么是电子，要么是β^{- - - - - -}，或正电子β⁺改变原子核的原子序数，而不影响原子核的质量数。子核和衰变过程中释放的核辐射的总静止质量m_女儿+ m_辐射，总是小于母核m_父．

这个由不同,

Q = [m_父(米_女儿+ m_辐射c)]²

作为分解能量出现，在过程中被释放出来。例如，典型贝塔衰变的q值为:

在衰变过程中，要么发射电子，要么发射正电子。这种释放伴随着的是反中微子(β-衰变)中微子(β+衰变)，它分享衰变的能量和动量。发射具有特征光谱。这一特点光谱是由中微子或反中微子随粒子的发射而发射的事实引起的。能量曲线的形状取决于反应能(Q值-反应释放的能量)由大质量粒子携带。因此，粒子可以以任何动能发射，范围从0到问．在衰变后，子核通常处于激发态。为了稳定自身，它随后会发射高能光子，γ射线。

参见:

放射性衰变