การสลายให้อนุภาคบีตา

ฟิสิกส์นิวเคลียร์

การสลายตัวของสารกัมมันตรังสี Nuclear fission Classical decays Alpha decay · Beta decay · Gamma radiation Advanced decays Double beta decay · Double electron capture · Internal conversion · Isomeric transition · Cluster decay · Spontaneous fission Emission processes Neutron emission · Positron emission · Proton emission Capturing Electron capture · Neutron capture R · S · P · Rp High energy processes Spallation · Cosmic ray spallation · Photodisintegration Nucleosynthesis Stellar Nucleosynthesis Big Bang nucleosynthesis Supernova nucleosynthesis นักวิทยาศาสตร์ Becquerel · Bethe · Marie Curie · Pierre Curie · Fermi

ในฟิสิกส์นิวเคลียร์, การสลายให้อนุภาคบีตา (อังกฤษ: beta decay) เป็นรูปแบบหนึ่งของการสลายตัวของสารกัมมันตรังสีที่อนุภาคบีตา (อิเล็กตรอนหรือโพซิตรอน) ถูกปลดปล่อยออกมา ในกรณีปลดปล่อยอิเล็กตรอน จะเป็น บีตาลบ (${\beta}^-$) ขณะที่ในกรณีปลดปล่อยโพซิตรอนจะเป็น บีตาบวก (${\beta}^+$) พลังงานจลน์ของอนุภาคบีตามีพิสัยสเปกตรัมต่อเนื่องจาก 0 ถึงค่าสูงสุดที่จะเป็นไป (Q) ซึ่งขึ้นกับสภาวะนิวเคลียร์ของต้นกำเนิดและลูกที่เกี่ยวข้องกับการสลาย โดยทั่วไป Q มีค่าประมาณ 1 MeV แต่สามารถมีพิสัยจากสองสาม keV ไปจนถึง สิบ MeV อนุภาคบีตากระตุ้นส่วนใหญ่มีความเร็วสูงมากเป็นซึ่งมีความเร็วใกล้เคียงอัตราเร็วของแสง

การสลาย {\beta}^-

ในการสลาย ${\beta}^-$ อันตรกิริยาอย่างอ่อนจะเปลี่ยนนิวตรอน (n) ไปเป็นโปรตอน (p) ขณะปลดปล่อยอิเล็กตรอน ($e^-$) และ แอนทินิวตริโน ($\bar{ u_e}$):

$n \rightarrow p + e^- + \bar{ u_e}$

ที่ระดับมูลฐาน (ที่ต่ำกว่าไฟน์แมนไดอะแกรม (Feynman diagram) ) เนื่องจากการเปลี่ยนจากควาร์กลง (down quark) เป็นควาร์กขึ้น (up quark) โดยการปลดปล่อยของ $W^-$โบซอน $W^-$จะสลายในภายหลังเป็นอิเล็กตรอนและแอนทินิวตริโน

• 

  การสลาย ${\beta}^-$ ในนิวเคลียสอะตอม ตัวกลางของการปลดปล่อย $W^-$โบซอน ถูกละไว้

• 

  ไฟน์แมนไดอะแกรมสำหรับการสลาย ${\beta}^-$ ของนิวตรอนไปเป็นโปรตอน อิเล็กตรอน และ อิเล็กตรอน แอนทินิวตริโนร่วมกับตัวกลาง $W^-$โบซอน

การสลาย {\beta}^+

ในการสลาย ${\beta}^+$ พลังงานจะถูกใช้ในการเปลี่ยนจากโปรตอนไปเป็นนิวตรอน, โพซิตรอน ($e^+$)และนิวตริโน ($u_e$):

$energy + p \rightarrow n + e^+ + v_e$

การสลาย ${\beta}^+$ ไม่เหมือนกับการสลาย ${\beta}^-$ เนื่องจากการสลาย ${\beta}^+$ ไม่สามารถเกิดขึ้นในการแตกตัวได้ เพราะมันต้องการพลังงาน มวลของนิวตรอนจะมีพลังงานมากกว่าโปรตอน การสลาย ${\beta}^+$ สามารถเกิดขึ้นได้ภายในนิวเคลียสเท่านั้น เมื่อปริมาณของพลังงานยึดเหนี่ยวของนิวเคลียสสูงกว่านิวเคลียสลูก ความแตกต่างของพลังงานทำให้เกิดปฏิกิริยาเปลี่ยนโปรตอนไปเป็นนิวตรอน โพซิตรอน และ นิวตริโน และกลายเป็นพลังงานจลล์ของอนุภาคนั้น

อ้างอิง

• Franz N. D. Kurie, J. R. Richardson, H. C. Paxton (March 1936). "The Radiations Emitted from Artificially Produced Radioactive Substances. I. The Upper Limits and Shapes of the β-Ray Spectra from Several Elements". Physical Review 49 (5): 368–381. doi:10.1103/PhysRev.49.368. 
• F. N. D. Kurie (May 1948). "On the Use of the Kurie Plot". Physical Review 73 (10): 1207. doi:10.1103/PhysRev.73.1207. 
• Jagdish K. Tuli, Nuclear Wallet Cards, 7th edition, April 2005, Brookhaven National Laboratory, US National Nuclear Data Center