β-衰變（Beta-minus decay）示意圖
**β衰變**，又稱**貝塔衰变**，是一種放射性衰變，為原子核內核子種類的轉換過程。放射性核素發生β衰變時，原子核會放出β粒子（即電子或正電子）和微中子，且衰變後原子的質量數不變，但原子序及中子數會發生改變。β衰變根據其衰變過程、釋出的輻射和衰變產物的不同，可分為"负β衰变"和"正β衰变"兩種。此外，電子俘獲有時也被視為β衰變的一種。

歷史
--

1896年，亨利·贝克勒发现铀的放射性；1897年，欧内斯特·卢瑟福和约瑟夫·汤姆孙通过在磁场中研究铀的放射线偏转，发现铀的放射线有带正电，带负电和不带电三种，分别被称为α射线，β射线和γ射线，相应的发出β射线衰变过程也就被命名为β衰变。

1957年，美籍華裔物理學家吴健雄用钴-60的β衰变实验证明了在弱相互作用中的宇称不守恒。

概念
--

β衰變可分為三種類型：放出电子的称为"负β衰变"（β-衰變），放出正电子的称为"正β衰变"（β+衰變），以及吸收電子的逆β衰變。在负β衰变中，核内的一个中子转变为质子，同时释放一个电子和一个反電中微子；在正β衰变中，核内的一个質子转变成中子，同时释放一个正电子和一个電微中子。此外电子俘获也是β衰变的一种，称为"电子俘获β衰变"或"逆β衰变"。

由於β衰變前後，原子核的質量數沒有發生變化，因此β衰變的母核及子核互為同量素。

因为β粒子就是电子，而电子的质量遠小於原子核的质量，所以一个原子核放出一个β粒子后，它的质量只略為減少。β衰变中放出的β粒子能量是连续分布的，但对每一种衰变方式有一个最大的限度，可达几百万电子伏特以上，这部分能量由中微子带走。

### β-衰变

在β-衰变中，弱交互作用使得原子核内的一个中子转变为质子，同时放出一个电子（  
e−  
）和一个反電中微子（  
ν  
e）。衰變產生的子核之質量數（A）不變，但原子序（Z）增加了1個單位。其通式如下：

A  
ZX  
 → A  
*Z*+1Y  
 +   
e−  
 +   
ν  
e
大部分擁有過量中子的放射性核種都以β-衰變模式進行衰變。例如碳-14衰變為氮-14的過程可以下式表示：

14  
6C  
 → 14  
7N  
 +   
e−  
 +   
ν  
e
另一個例子是自由中子（1  
0n  
）衰變成質子（  
p  
），反應過程如下式所示：

  
n  
 →   
p  
 +   
e−  
 +   
ν  
e
從夸克的尺度來看，下夸克（  
d  
）經由放出一個W−玻色子而變成上夸克（  
u  
），使中子（一個上夸克和兩個下夸克）變成質子（兩個上夸克和一個下夸克）。放出的W−玻色子則衰變為一個電子和一個反電微中子。

  
d  
 →   
u  
 +   
e−  
 +   
ν  
e
### β+衰变

条目：正电子发射
在β+衰变中，弱交互作用使得原子核内的一个質子转变成中子，同时放出一个正电子（  
e+  
）和一个電微中子（  
ν  
e），因此β+衰变也稱作"正電子發射"。衰變產生的子核之質量數（A）不變，但原子序（Z）會減少1個單位。其通式如下：

A  
ZX  
 → A  
*Z*−1Y  
 +   
e+  
 +   
ν  
e
β+衰變通常發生在擁有過量質子的不穩定原子核中。例如鈉-22衰變為氖-22的過程可以下式表示：

22  
11Na  
 → 22  
10Ne  
 +   
e+  
 +   
ν  
e
β+衰變可以視為原子核內的質子（  
p  
）衰變成中子（  
n  
），如下式所示：

p → n +   
e+  
 +   
ν  
e
然而，單獨的質子並不能發生β+衰變，因為中子的質量大於質子，需要能量才能進行轉變。只有當母核的原子質量較子核多出2個電子的靜止質量（2*m*e，能量當量為1.022MeV）以上，也就是轉變能量大於1.022MeV時，母核才能夠進行β+衰變。

β+衰變的過程與β-衰變相反：上夸克（  
u  
）經由放出一個W+玻色子而變成下夸克（  
d  
），使質子（兩個上夸克和一個下夸克）變成中子（一個上夸克和兩個下夸克）。放出的W+玻色子則衰變為一個正電子和一個電微中子。

  
u  
 →   
d  
 +   
e+  
 +   
ν  
e
### 电子俘获β衰变

条目：电子俘获
电子俘获是原子核內的一個質子捕獲一個內層軌道上的電子（使該質子轉變成中子）、並同時放出一個電微中子（  
ν  
e）的衰變過程。衰變產生的子核之質量數（A）不變，但原子序（Z）會減少1個單位。其通式如下：

A  
ZX  
 +   
e−  
 → A  
*Z*−1Y  
 +   
ν  
e
例如氪-81衰變為溴-81的過程可以下式表示：

81  
36Kr  
 +   
e−  
 → 81  
35Br  
 +   
ν  
e
能發生β+衰變的原子核也可能發生电子俘获。然而，如果母核與子核的能量差小於1.022MeV（2*m*e之能量當量），將無法發生β+衰變，此時电子俘获為該富質子核種唯一能進行的衰變模式。

雙β衰變
----

条目：雙β衰變
雙β衰變，亦作ββ衰變，是一種特殊的β衰變，包含原子核內兩個核子單位的轉變。科學家很難對雙β衰變進行研究，因為該過程的半衰期極長，且只發生於特定的核素。對於那些理論上單β衰變和雙β衰變都可能發生的放射性核素，基本上不可能觀察到它們發生雙β衰變的過程。然而，有些核素雖然不發生單β衰變，卻有機會發生雙β衰變，科學家得以藉此觀測到該過程並測量半衰期。因此，雙β衰變的研究通常僅針對不發生單β衰變的核素進行。與單β衰變一樣，雙β衰變不會改變質量數，因此任何給定質量數的核素中都至少有一種對於單β衰變和雙β衰變皆是穩定的。

雙β衰變正常來說會放出兩個β粒子和兩個微中子，但現時有科學家猜想如果放射出的微中子是馬約拉納粒子（意思是反微中子和微中子實際上是同一種粒子），且至少一種微中子的質量非零（已由中微子振蕩實驗確立），則「無微中子雙β衰變」有可能發生。物理學者至今尚未能驗證此程序存在，推測半衰期下限至少長達1025年。

參閱
--

* β粒子
* α衰变
* γ衰变
* 射線電池
* 氚管，一種利用β衰變驅動的螢光燈。

參考文獻
----

1. 1 2 3 4 5 6  葉錫溶 蔡長書.. 台灣台北縣: 新文京開發出版股份有限公司. 2008-03-26. ISBN 978-986-150-830-6 （中文（臺灣））.
2. ↑  Cottingham, W. N.; Greenwood, D. A.. Cambridge University Press. 1986: 40. ISBN 978-0-521-31960-7.
3. 1 2 3 4 5  魏明通.. 五南圖書出版股份有限公司. 2005. ISBN 978-957-11-3632-5.
4. 1 2 3 4  Konya, Jozsef.. Elsevier. 2012: 74. ISBN 9780123914873.
5. ↑  Loveland, W. D.. Wiley. 2005: 232. ISBN 978-0471115328.
6. ↑  Zuber, K.  2nd. CRC Press. 2011: 466. ISBN 978-1420064711.
7. ↑  Bilenky, S. M.. Physics of Particles and Nuclei. 2010, **41** (5): 690–715. Bibcode:2010PPN....41..690B. S2CID 55217197. arXiv:1001.1946 可免费查阅. doi:10.1134/S1063779610050035. hdl:10486/663891.
8. ↑  Barabash, A. S.. Physics of Atomic Nuclei. 2011-04-01, **74** (4): 603–613  [2018-03-03]. ISSN 1063-7788. doi:10.1134/s1063778811030070. （原始内容存档于2022-01-20）.

連結
--

* **The Live Chart of Nuclides - IAEA**  with filter on decay type

|  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |
| --- | --- | --- | --- | --- | --- | --- | --- | --- | --- | --- | --- | --- | --- | --- | --- | --- | --- | --- | --- | --- | --- | --- | --- | --- | --- | --- | --- | --- | --- | --- | --- | --- |
| 

| * 
* 论
* 编
原子核物理学 |
| --- |
|  |
| 
* 原子核
* 核子
	+ n
	+ p
* 核力
* 原子核结构（英语：）
* 核反应

 |
|  |
| 核模型和稳定性 | 
* 液滴模型
* 核殼層模型
* 核结合能
* 中子-质子比率（英语：）
* 原子核滴线
* 稳定岛

 |  |
|  |
| 核素分类 | 
* 同位素（有相同的質子數）
* 同量素（有相同的質量數）
* 同中子素（有相同的中子數）
* 核同质异能素（有相同的質子數及中子數，但核能態不同）
* 镜像核（英语：）

 |
|  |
| 衰變過程 | 

|  |  |
| --- | --- |
| 尋常衰變 | 
* α衰变
	+ α粒子
* β衰变
	+ β粒子
	+ 正电子发射（β+衰变）
	+ 电子俘获
* γ衰变
	+ γ射线

 |
|  |
| 特殊衰變 | 
* 中子發射
* 质子发射
* 雙β衰變
* 双电子俘获（英语：）
* 自發分裂
* 簇衰变
* 內转换（英语：）
* 同质异能跃迁

 |

* 衰變鏈
* 衰变产物
 |
|  |
| 捕獲過程 | 
* 电子俘获
* 中子俘获
* 质子俘获（英语：）
* R-過程
* S-過程
* P-過程
* Rp-過程

 |
|  |
| 分裂過程 | 
* 自發分裂
* 散裂（英语：）
* 宇宙射線散裂
* 光致蛻變

 |
|  |
| 核合成 | 
* 太初核合成
* 恆星核合成
	+ 質子—質子鏈反應
	+ 碳氮氧循環
	+ 氦融合
	+ 氦核作用
	+ 3氦過程
	+ 碳燃燒過程
	+ 氖燃燒過程
	+ 氧燃燒過程
	+ 矽燃燒過程
* 超新星核合成
* 千新星核合成

 |
|  |
| 核物理學家 | 
* 汉斯·贝特
* 亨利·贝可勒尔
* 克林顿·戴维孙
* 玛丽·居里
* 皮埃尔·居里
* 弗雷德里克·约里奥-居里
* 伊雷娜·约里奥-居里
* 恩里科·费米
* 罗伯特·奥本海默
* 欧内斯特·卢瑟福
* 约瑟夫·汤姆孙
* 愛德華·泰勒
* 欧内斯特·劳伦斯
* 莉泽·迈特纳
* 奥托·哈恩
* 爱德华·珀塞尔
* 欧内斯特·沃尔顿
* 约翰·考克饶夫
* 弗里茨·施特拉斯曼
* 马克·奥利芬特

 |
|  |
| 
* 分类 **原子核物理学分類**
* 主题 **物理学主題**

 |

 |

|  |  |  |
| --- | --- | --- |
| 

|  |  |
| --- | --- |
| : 各地 編輯維基數據鏈接 | 
* 德国
* 以色列
* 美国
* 日本

 |

 |