| Ядзерныя працэсы |
| --- |
| Радыеактыўны распад |
| * Альфа-распад
* Бэта-распад
* Кластарны распад
* Двайны бэта-распад
* Электронны захват
* Двайны электронны захват
* Гама-выпраменьванне
* Унутраная канверсія
* Ізамерны пераход
* Нейтронны распад
* Пазітронны распад
* Пратонны распад
* Спантаннае дзяленне
 |
| Ядзерны сінтэз |
| * Тэрмаядзерная рэакцыя
	+ Пратон-пратонны цыкл
	+ CNO-цыкл
	+ Трайны альфа-працэс
	+ Геліевая ўспышка
	+ Гарэнне вугляроду
	+ Вугляродная дэтанацыя
	+ Гарэнне неону
	+ Гарэнне крэмнію
* Нейтронны захват
	+ r-працэс
	+ s-працэс
* Захват пратонаў
	+ p-працэс
	+ rp-працэс
* Нейтранізацыя
* Рэакцыі сколвання
 |

**Бэта-распад** (β-распад) — тып радыеактыўнага распаду, абумоўлены слабым узаемадзеяннем. Ён змяняе зарад ядра на адзінку без змены масавага ліку. Пры гэтым ядро выпраменьвае бэта-часціцу (электрон або пазітрон), а таксама нейтральную фундаментальную часціцу з паўцэлым спінам (электроннае антынейтрына або электроннае нейтрына, адпаведна). Калі распад адбываецца з выпусканнем электрона і антынейтрына ён называецца «бэта-мінус-распадам» (β-). У выпадку распаду з выпусканнем пазітрона і нейтрына — «бэта-плюс-распадам» (β+). Акрамя β- і β+-распадаў, да бэта-распада адносяць таксама электронны захват, калі ядро захоплівае атамны электрон і выпускае электроннае нейтрына. Нейтрына (антынейтрына), у адрозненне ад электронаў і пазітронаў, вельмі слаба ўзаемадзейнічае з рэчывам і пакідае кропку распаду, выносячы з сабой частку энергіі, што вылучылася пры распадзе.

Механізм распада
----------------

Дыяграма Фейнмана для бэта-распаду нейтрона на пратон, электрон і электроннае антынейтрына пры ўдзеле цяжкага W-базона
Бэта-мінус-распад атамнага ядра
У β--распадзе слабае ўзаемадзеянне ператварае нейтрон ў пратон, пры гэтым выпускаюцца электрон і электроннае антынейтрына:

{\displaystyle n^{0}\rightarrow p^{+}+e^{-}+{\bar {\nu }}\_{e}.}
На фундаментальным узроўні (паказаным на Фейнманаўскай дыяграме) гэта абумоўлена ператварэннем d-кварка ў u-кварк з выпусканнем віртуальнага W-базона, які, у сваю чаргу, распадаецца на электрон і антынейтрына.

Свабодны нейтрон таксама адчувае β−-распад (гл. Бэта-распад нейтрона). Гэта абумоўлена тым, што маса нейтрона больш, чым сумарная маса пратона, электрона і антынейтрына. Звязаны ў ядры нейтрон можа распадацца па гэтым канале толькі ў тым выпадку, калі маса мацярынскага атама *Mi* больш масы даччынага атама *Mf* (ці, наогул кажучы, калі поўная энергія пачатковага стану менш поўнай энергіі любога магчымага канчатковага стану). Рознасць (*Mi − Mf*)·*c*2 = *Q*β называецца даступнай энергіяй бэта-распаду. Яна супадае з сумарнай кінетычнай энергіяй часціц, якія рухаюцца пасля распаду — электрона, антынейтрына і даччынага ядра (так званага ядра аддачы, чыя доля ў агульным балансе кінетычнай энергіі вельмі малая, паколькі яно значна масіўней дзвюх іншых часціц). Калі не ўлічваць уклад ядра аддачы, то даступная энергія, якая вылучылася пры бэта-распадзе, размяркоўваецца ў выглядзе кінетычнай энергіі паміж электронам і антынейтрына, прычым гэта размеркаванне неперарыўнае: кожная з дзвюх часціц можа мець кінетычную энергію, якая ляжыць у межах ад 0 да *Q*β. Закон захавання энергіі дазваляе β−-распад толькі пры неадмоўным *Q*β.

Даччыны атам пры β−-распадзе звычайна ўзнікае ў выглядзе аднакратна зараджанага дадатнага іона, бо ядро павялічвае свой ​​зарад на адзінку, а колькасць электронаў у абалонцы застаецца ранейшай. Устойлівы стан электроннай абалонкі такога іона можа адрознівацца ад стану абалонкі мацярынскага атама, таму пасля распаду адбываецца перабудова электроннай абалонкі. Акрамя таго, магчымы *бэта-распад у звязаны стан*, калі электрон з нізкай энергіяй, які вылецеў з ядра, захопліваецца на адну з арбіталей абалонкі; у гэтым выпадку даччыны атам застаецца нейтральным.

У β+-распадзе пратон ў ядры ператвараецца ў нейтрон, пазітрон і нейтрына:

{\displaystyle p^{+}\rightarrow n^{0}+e^{+}+{\nu }\_{e}.}
У адрозненне ад β−-распаду, β+-распад не можа адбывацца па-за ядра, паколькі маса свабоднага пратона менш масы нейтрона (распад мог бы ісці толькі ў тым выпадку, калі б маса пратона пераўзыходзіла сумарную масу нейтрона, пазітрона і нейтрына). Пратон можа распадацца па канале β+-распаду толькі ўнутры ядраў, калі абсалютнае значэнне энергіі сувязі даччынага ядра больш энергіі сувязі мацярынскага ядра. Рознасць паміж двума гэтымі энергіямі ідзе на ператварэнне пратона ў нейтрон, пазітрон і нейтрына і на кінетычную энергію атрыманых часціц. Энергетычны баланс пры пазітронным распадзе выглядае наступным чынам: (*Mi − Mf* − 2*m*e)·*c*2 = *Q*β, дзе *m*e — маса электрона. Як і ў выпадку β−-распаду, даступная энергія *Q*β размяркоўваецца паміж пазітронам, нейтрына і ядром аддачы (на долю апошняга прыходзіцца толькі малая частка); кінетычная энергія пазітрона і нейтрына размеркаваны бесперапынна ў межах ад 0 да *Q*β; распад дазволены энергетычна толькі пры неадмоўным *Q*β.

Пры пазітронеым распадзе даччыны атам ўзнікае ў выглядзе адмоўнага адназарадная іона, паколькі зарад ядра памяншаецца на адзінку. Адзін з магчымых каналаў пазітронаў распаду — анігіляцыя пазітрона, які з’явіўся, з адным з электронаў абалонкі.

Ва ўсіх выпадках, калі β+-распад энергетычна магчымы (і пратон з’яўляецца часткай ядра, якое нясе электронныя абалонкі альбо знаходзіцца ў плазме са свабоднымі электронамі), ён суправаджаецца канкуруючым працэсам электроннага захвату, пры якім электрон атама захопліваецца ядром з выпусканнем нейтрына:

{\displaystyle p^{+}+e^{-}\rightarrow n^{0}+{\nu }\_{e}.}
Але калі рознасць мас пачатковага і канчатковага атамаў малая (менш падвоенай масы электрона, гэта значыць 1022 кэВ), то электронны захват адбываецца, не суправаджаючыся пазітронным распадам; апошні ў гэтым выпадку забаронены законам захавання энергіі. У адрозненне ад раней разгледжаных электроннага і пазітроннага бэта-распаду, у электронным захваце ўся даступная энергія (акрамя кінетычнай энергіі ядра аддачы і энергіі ўзбуджэння абалонкі *Ex*) выносіцца адной часціцай — нейтрына. Таму нейтрынны спектр тут уяўляе з сябе не гладкае размеркаванне, а монаэнергетычную лінію паблізу *Q*β.

Калі пратон і нейтрон з’яўляюцца часткамі атамнага ядра, працэсы бэта-распаду ператвараюць адзін хімічны элемент у іншы, суседні па табліцы Мендзялеева. Напрыклад:

{\displaystyle \mathrm {{}^{1}{}\_{55}^{37}Cs} \rightarrow \mathrm {{}^{1}{}\_{56}^{37}Ba} +e^{-}+{\bar {\nu }}\_{e}} ({\displaystyle \beta ^{-}}-распад),
{\displaystyle \mathrm {~\_{11}^{22}Na} \rightarrow \mathrm {~\_{10}^{22}Ne} +e^{+}+{\nu }\_{e}} ({\displaystyle \beta ^{+}}-распад),
{\displaystyle \mathrm {~\_{11}^{22}Na} +e^{-}\rightarrow \mathrm {~\_{10}^{22}Ne} +{\nu }\_{e}} (электронны захват).
Бэта-распад не мяняе лік нуклонаў ў ядры *A*, але мяняе толькі яго зарад *Z* (а таксама лік нейтронаў *N*). Такім чынам, можа быць уведзены набор усіх нуклідаў з аднолькавым *A*, але рознымі *Z* і *N* (ізабарны ланцужок); гэтыя ізабарныя нукліды могуць паслядоўна ператварацца адзін у аднаго пры бэта-распадзе. Сярод іх некаторыя нукліды (па меншай меры, адзін) бэта-стабільныя, паколькі яны ўяўляюць сабой лакальныя мінімумы лішку масы: калі такое ядро мае лік *A*, *Z*), суседнія ядра (*A*, *Z* − 1) і (*A*, *Z* + 1) маюць большы лішак масы і могуць распадацца з дапамогай бэта-распаду ў (*A*, *Z*, але не наадварот. Неабходна заўважыць, што бэта-стабільнае ядро можа распадацца іншымі спосабамі (альфа-распадам, напрыклад). Большасць ізатопаў, якія існуюць у прыродных умовах на Зямлі, бэта-стабільныя, але існуе некалькі выключэнняў з такімі вялікімі перыядамі паўраспаду, што яны не паспелі знікнуць за прыкладна за 4,5 млрд гадоў, якія прайшлі з моманту ядзернага сінтэзу. Напрыклад, 40K, які можа распадацца па любым з трох тыпаў бэта-распаду (бэта-мінус, бэта-плюс і электронны захват), мае перыяд паўраспаду 1,277×109 гадоў.

Бэта-распад можна разглядаць як пераход паміж двума квантавамеханічнымі станамі, абумоўлены ўзбурэннем, таму ён падпарадкоўваецца залатому правілу Фермі[ru].

Графік Кюры
-----------

Графік Кюры (вядомы таксама як графік Фермі) — дыяграма, якая выкарыстоўваецца для вывучэння бэта-распаду. Гэта энергетычная залежнасць квадратнага кораня з колькасці выпрамененых бэта-часціц з дадзенай энергіяй, дзялення на функцыю Фермі. Для дазволеных (і некаторых забароненых) бэта-распадаў графік Кюры лінейны (прамая лінія, нахіленая ў бок росту энергіі). Калі нейтрына маюць канчатковую масу, то графік Кюры паблізу пункту перасячэння з воссю энергіі асобай лінейны, дзякуючы чаму з’яўляецца магчымасць вымераць масу нейтрына.

Двайны бэта-распад
------------------

Асноўны артыкул: **Двайны бэта-распад**
Некаторыя ядра могуць адчуваць двайны бэта-распад (ββ-распад), пры якім зарад ядра мяняецца не на адну, а на дзве адзінкі. У самых практычна цікавых выпадках такія ядра бэта-стабільныя (г.зн. просты бэта-распад энергетычна забаронены), паколькі калі β- і ββ-распаду абодва дазволеныя, імавернасць β-распаду (звычайна) нашмат больш, замінаючы даследаванням вельмі рэдкіх ββ-распадаў. Такім чынам, ββ-распад звычайна вывучаецца толькі для бэта-стабільных ядраў. Як і просты бэта-распад, двайны бэта-распад не мяняе A; такім чынам, як мінімум адзін з нуклідаў з дадзеным A павінен быць стабільным ў адносінах як да простага, так і да падвойнага бэта-распаду.

Гл. таксама
-----------

* Бэта-распад нейтрона
* Двайны бэта-распад
* Зваротны бэта-распад
* Нейтрына
* Пазітронны распад
* Электронны захват
* Радыеактыўны ізатоп

Зноскі
------

1. ↑  Напрыклад, дэйтэрый, ядро якога складаецца з пратона і нейтрона, бэта-стабільны; нейтрон ў ім не можа самаадвольна распасціся у пратон + электрон + антынейтрына, паколькі энергія любых магчымых канчатковых станаў больш энергіі атама дэйтэрыя, які знаходзіцца ў стане пакою.