基本介紹
- 中文名：β-衰變
- 外文名：β-decay
定義,原理,
定義
原子核自發地放射出β粒子或俘獲一個軌道電子而發生的轉變。放出電子的衰變過程稱為β-衰變；放出正電的衰變過程稱為β+衰變;原子核從核外電子殼層中俘獲一個軌道電子的衰變過程稱為軌道電子俘獲，俘獲K層電子叫K俘獲，俘獲L層的叫L俘獲，其餘類推。通常，K俘獲的幾率量大。在β衰變中，原子核的質量數不變，只是電荷數改變了一個單位。
外電子俘獲也是β衰變的一種，稱為電子俘獲β衰變。 因為β粒子就是電子，而電子的質量比起核的質量來要小很多，所以一個原子核放出一個β粒子後，它的質量只略為減少。 β衰變的規律是新核的質量數不變，電荷數增加。
新核在元素周期表中的位置要向後移一位。β衰變中放出的電子能量是連續分布的，但對每一種衰變方式有一個最大的限度，可達幾兆電子伏特以上，這部分能量由中微子帶走。1957年，吳健雄博士用鈷-60的β衰變實驗證明了在弱相互作用中的宇稱不守恆。
原理
β衰變中，原子核發生下列三種類型的變化：
其中X和Y分別表示母核和子核，A和Z為母核的質量數和質子數,e和e為電子和正電子，v和堸為中微子和反中微子。β衰變能分別表示為β衰變其中mx和my為母核原子和子核原子的靜止質量,me為電子的靜止質量，Wi為軌道電子結合能，с為光速。 軌道電子俘獲過程所形成的子核原子，由於缺少了一個內層電子，原子處於激髮狀態，它可以通過不同方式退激。對於K俘獲，當L層電子跳到K層填充空位,可以發射標識X射線，或稱特徵X射線。它的能量是K層和L層電子的結合能之差hv=Wk-WL；當L層電子跳到K層空位時，也可以不發射標識X射線，而把能量交給另一個L層電子，使其克服結合能而飛出，這種電子稱為俄歇電子,它的動能Ee=hv-WL=Wk-2WL。軌道電子俘獲總伴隨有標識X射線或俄歇電子的產生。β衰變的電子中微子理論β衰變中放出的β粒子的能量是從連續分布的。為了解釋這一現象，1930年，W.泡利提出了β衰變放出中性微粒的假說。1933年，E.費密在此基礎上提出了β衰變的電子中微子理論。這個理論認為：中子和質子可以看作是同一種粒子（核子）的兩個不同的量子狀態，它們之間的相互轉變，相當於核子從一個量子態躍遷到另一個量子態，在躍遷過程中放出電子和中微子。β粒子是核子的不同狀態之間躍遷的產物，事先並不存在於核內。所以,引起β衰變的是電子-中微子場同原子核的相互作用，這種作用屬於弱相互作用。這個理論成功地解釋了β譜的形狀，給出了β衰變的定量的描述。β躍遷幾率根據量子力學的微擾論，費密理論給出單位時間發射動量在p到p+dp間β粒子的幾率為β衰變,(1)式中g是弱相互作用常數,Mif是躍遷矩陣元,啚是普朗克常數h除以2π,F(Z，E)是庫侖改正因子，描述核的庫侖場對發射β粒子的影響,是子核電荷數Z和β粒子能量E的函式。躍遷幾率的大小主要由躍遷矩陣元|Mif|的大小決定。β躍遷分類根據躍遷矩陣元的大小，可將β躍遷分為描繪在β衰變的研究中,常將式(1)改寫容許躍遷、一級禁戒躍遷、二級禁戒躍遷等。級次越高，躍遷幾率越小；相鄰兩級間，幾率可以相差幾個數量級。費密理論給出β衰變對母核同子核間的自旋和宇稱變化的選擇定則:對於允許躍遷,自旋變化|ΔI|=0,1,宇稱變化Δπ=+1；對於一級禁戒躍遷，|ΔI|=0，1，2，Δπ=－1；對於二級以上的如n級禁戒躍遷，|ΔI|=n，n+1，Δπ=(－1)。
