β衰变

104 β衰变

放射性物质的原子核放射出电子和中微子而转变为另一种核的过程，称为β衰变。放射正电子的β衰变称为正β衰变，其中核内的一个质子转变为中子。放射负电子的β衰变称为负β衰变，其中核内的一个中子转变为质子。奥地利物理学家泡利在1930年提出一种设想，认为放射性原子核在发生β衰变时，会同时放出电子和中微子。在1938—1939年间，国外有科学家用云室方法得到了中微子存在的证据。我国著名物理学家王淦昌于1941年，在浙江大学利用简陋的试验条件，利用原子核K俘获反应的新方法，成功地探测了放射性原子发生β衰变时有中微子存在。王淦昌教授根据这项试验写成论文《探测中微子的一个建议》，发表在美国《物理评论》1942年1月份的一期上，并对尔后的β衰变研究产生了重要影响。

β衰变βshuaibian

原子核自发地放射出β粒子或俘获一个轨道电子而发生的转变。在自然放射系中，β衰变都是放负电子的，在人工制造的放射物中有放负电子的，也有放正电子的。在放负电子的β衰变过程中原子核变为原子序数增加1的原子核称为β-。比如6⁰Co在衰变时放出负电子这个衰变就是β-衰变，即6027Co→6028Ni+0-1e。在放射正电子的β衰变过程中，原子核变成原子序数减1的原子核称为β+，比如3015P→3014Si+0+1e。磷30在衰变时放出正电子，这个衰变就是β+衰变。还有一种β衰变过程，原子核俘获一个核外电子而变为原子序数减1的原子核。将俘获K层电子叫K俘获，俘获L层的叫L俘获，其余类推，其中K俘获的概率最大。在β衰变中原子核的质量数不变，只是电荷数改变了一个单位。原子核是由带正电的质子和不带电的中子组成的，β衰变中的电子是临时产生的，可以设想是原子核内的一个中子放出 一个电子并转变为一个质子，即10n→11P+-10e。但是在观察某些原子核的β衰变现象之后发现，电子的飞行方向与原子核的反冲方向几乎很难严格的相反，也就是它们不遵从动量守恒定律。在绝大多数情况下设想的中子转变为质子的反应能量也不守恒。为了解决这些矛盾，1930年奥地利物理学家W.泡利提出在β衰变中除放出电子外，可能还伴随着放出一个未知的中性粒子的假说，它的静止质量为零。β-和β+的衰变方程应分别为ZAX→ZAY+-10+ῡ和ZAX→Y+10e+v，式中v和ῡ代表泡利假设的中性粒子和它的反粒子。1933年，E·费米在此基础上提出了β衰变的电子——中微子理论（他把泡利假设存在的粒子叫做中微子）。这个理论认为中子和质子可以看成是一种粒子（核子）的两个不同的量子状态。它们之间的相互转变相当于核子从一个量子态跃迁到另一个量子态。在跃迁过程中放出电子和中微子。引起β衰变的是电子—中微子场同原子核的相互作用，这种作用属于弱相互作用。中微子的理论解释了β衰变中的现象，成功地解释了β谱的形状，给出了β衰变的定量描述。由于电子的质量远小于子核的质量，子核的反冲动能近似为零，因此β衰变时所放出的能量主要分布在电子和中微子上。由于中微子不带电，质量又近似为零，因此很难在实验中找到它。平均的讲，一个中微子要穿透1000光年厚的固体铁板才与其他粒子发生相互作用，而在普通物质中的平均自由程，约为1019米。比地球直径(1.3×107米)大亿万倍，因此它可以毫不费力地穿透地球而不发生变化。人们经过20多年的努力在1956年首次找到了中微子，实验原理是利用中子衰变的逆过程ῡ+11P→01n+10e，即反中微子被质子俘获后产生中子和正电子，在实验室中找到中子和正电子就证明了中微子的存在。
当恒星演化到后期时，内部物质密度可以达到109克/厘米³以上，这时存在着电子被自由质子俘获的反应：

e+p—→n+v

上式中e、p、n和v分别代表电子、质子、中子和中微子。这个反应叫逆β衰变。在天体演化过程中，逆β衰变具有特别重要的意义。它反映了物质中子化的过程（生成中子星），同时又是天体演化过程中中微子的主要来源

β衰变

放射性原子核经放射电子和中微子而转变为另一种核的过程。放射负电子的称为负β衰变，放射正电子的称为正β衰变。前者核内 一个中子转变为质子；后者核内 一个质子转变为中子。所发射的电子（或正电子）称为β粒子。β粒子流称为β射线或β辐射。此外，电子俘获也是β衰变的一种。