放射性β衰变

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简介

“放射性β衰变”过程存在于核物理学领域。放射性衰变过程与β射线从“原子核”释放的反应过程有关。

它有助于将“原始核素”转化为核素的“同量异位素”。简单来说，在“β衰变”过程中，“中子”通过“发射电子”转化为“质子”，并伴随“反中微子”。

“β衰变”过程是由弱力导致的，这使得“衰变过程”成为一个相对较长的过程。

什么是“放射性β衰变”?

“放射性β衰变”过程与“核反应”中β射线发射的过程有关。根据 Pommé 等人（2018 年）的说法，在这个过程中，“质子”转化为“中子”，并且这个过程发生在“特定放射性样品”的“原子核”内部。“β衰变”过程帮助特定“放射性样品”的原子核达到类似的“最佳中子/质子比率”状态，在这个过程中释放出一个β粒子（phy-astr，2022）。“β粒子”可以是“电子”或“正电子”。“β衰变过程”是由于“弱相互作用”引起的。

图 1：β衰变

“放射性β衰变”过程中发生了什么？

• “β衰变”过程是一个“放射性过程”，在这个过程中，“原子核”会产生“β射线”。在“β衰变”过程中，“原子核”中的“质子”会转化为“中子”，或者反之亦然。
• 根据 Parkhomov（2018 年）的说法，这导致了两个不同的过程，如果“质子”被“转化为中子”，则该过程被称为“β+衰变”，类似地，如果“中子”被“转化为质子”，则该过程被称为“β-衰变”。
• 根据 Algora 等人（2021 年）的说法，这种“原子核”状态的变化会导致“发射”一个“β粒子”。在“β+衰变”的情况下，“β粒子”是一个“正电子”，而在“β-衰变”的情况下，“β粒子”是一个“高速电子”。

图 2：“放射性β衰变”

β衰变：示例

“碳原子”的“β衰变”是这个过程的主要例子之一。在这种情况下，碳的“中子”被“转化为质子”，从而发射的“β粒子”是“电子”。类似地，在“碳-10 的β+衰变”的情况下，“碳原子的质子”被“转化为中子”，释放出的“β粒子”是“正电子”。

不同类型的“β衰变”

“放射性β衰变”过程分为两类，

• “β负衰变”和
• “β正衰变”。

在“β负衰变”的情况下，特定的“中子”被转化为产生“质子”，并导致“原子序数”增加。“中子是中性的”，而“质子是正的”。为了“维持电荷守恒”，参与该过程的“原子核”还有助于产生“电子”和“反中微子”（lbl，2022）。“反中微子”是“中微子”的反物质对应物。这两个都是中性的，并且这两个粒子也具有可以忽略不计的质量。这些粒子与物质的“弱相互作用”非常弱，甚至可以穿过地球而不会受到干扰。“β负衰变”的例子包括¹⁴C 转化为¹⁴N。

图 3：β负衰变

在“β正衰变”的情况下，“质子”分解为产生“中子”，并导致给定“放射性样品”的“原子序数”显着降低。“原子核”失去“质子”，但在此过程中获得“电子”。“电荷守恒”是这种“放射性衰变”过程中的一个重要因素。“β正衰变”产生“正电子”和“中微子”以遵守“电荷守恒”（atomicarchive，2022）。“正电子”是“电子”的反物质，它也具有类似的性质，除了“正电子”带正电荷外。在“β衰变”过程中，“中微子”的行为类似于“反中微子”。

什么是“费米理论”关于“放射性β衰变”?

“放射性β衰变”的“费米理论”也称为“费米相互作用”。他是发明“世界上第一个核反应堆”的第一人。他指出，“四个费米子”在一个“单一的涡旋”中直接相互作用，这种相互作用通过“中子”与“电子”的直接耦合以及“中微子”与“质子”之间的耦合来解释“β衰变”过程。

结论

“放射性β衰变”过程涉及一组“核反应”，其中“中子”分解成“质子”和“电子”。此过程有助于不稳定原子获得稳定的“质子和中子比率”。此过程是相对“弱相互作用力”的直接结果。

常见问题

Q1。“β正衰变”的条件是什么？

答。“β正衰变”仅在“子核”比“母核”更稳定时才会发生。这种差异指的是“质子转化”为“中子”或“正电子”转化为“中微子”。

Q2。哪些粒子被称为“β粒子”？

答。在“β衰变”中，“β粒子”指的是当它经历“β负衰变”时的高速电子，或者当它经历“β正衰变”时的“正电子”。在这个过程中，“碳原子”的“中子”被转化为“质子”，并且由此发射的“β粒子”是“电子”。

Q3。“放射性β衰变”过程是否释放能量？

答。是的，在“放射性β衰变”过程中会释放大量的“动能”。该值通常在“0 到 1MeV”之间，但是，该值可能在几“keV”到“几十兆电子伏特”之间。

Q4。谁发现了β衰变过程？

答。恩里科·费米在 1933 年阐明了“β衰变”的过程。此过程称为“费米β衰变理论”或“费米相互作用”。

Q5。什么是“电子俘获”过程？

答。在这个过程中，“电子”被原子核中的“质子”俘获，并释放出“电子中微子”。此过程与其“核过程”受弱力控制的“β衰变”相关。

参考文献

期刊

Algora，A.，Tain，J. L.，Rubio，B.，Fallot，M. 和 Gelletly，W.（2021）。应用和基础核物理的β衰变研究。欧洲物理学报 A，57（3），1-28。检索自：https://link.springer.com/article/10.1140/epja/s10050-020-00316-4

Parkhomov，A. G.（2018）。β衰变速率的节律性和零星变化：可能的原因。现代物理学杂志，9（8），1617-1632。检索自：https://www.scirp.org/journal/paperinformation.aspx?paperid=86108

Pommé，S.，Stroh，H.，Altzitzoglou，T.，Paepen，J.，Van Ammel，R.，Kossert，K.，... 和 Bruggeman，M.（2018）。衰变常数是？应用辐射与同位素，134，6-12。检索自：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0969804317303822

网站

Atomicarchive，2022 年。关于β衰变。检索自：https://www.atomicarchive.com/science/physics/beta-decay.html [检索日期：2022 年 6 月 10 日]

lbl，2022 年。关于β衰变。检索自：https://www2.lbl.gov/abc/wallchart/chapters/03/2.html [检索日期：2022 年 6 月 10 日]

Phy-astr，2022 年。关于β放射性。检索自：http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/Nuclear/beta.html [检索日期：2022 年 6 月 10 日]