放射性β衰變

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簡介

“放射性β衰變”過程存在於核物理學領域。放射性衰變過程與β射線從“原子核”釋放的反應過程有關。

它有助於將“原始核素”轉化為核素的“同量異位素”。簡單來說，在“β衰變”過程中，“中子”透過“發射電子”轉化為“質子”，並伴隨“反中微子”。

“β衰變”過程是由弱力導致的，這使得“衰變過程”成為一個相對較長的過程。

什麼是“放射性β衰變”?

“放射性β衰變”過程與“核反應”中β射線發射的過程有關。根據 Pommé 等人（2018 年）的說法，在這個過程中，“質子”轉化為“中子”，並且這個過程發生在“特定放射性樣品”的“原子核”內部。“β衰變”過程幫助特定“放射性樣品”的原子核達到類似的“最佳中子/質子比率”狀態，在這個過程中釋放出一個β粒子（phy-astr，2022）。“β粒子”可以是“電子”或“正電子”。“β衰變過程”是由於“弱相互作用”引起的。

圖 1：β衰變

“放射性β衰變”過程中發生了什麼？

• “β衰變”過程是一個“放射性過程”，在這個過程中，“原子核”會產生“β射線”。在“β衰變”過程中，“原子核”中的“質子”會轉化為“中子”，或者反之亦然。
• 根據 Parkhomov（2018 年）的說法，這導致了兩個不同的過程，如果“質子”被“轉化為中子”，則該過程被稱為“β+衰變”，類似地，如果“中子”被“轉化為質子”，則該過程被稱為“β-衰變”。
• 根據 Algora 等人（2021 年）的說法，這種“原子核”狀態的變化會導致“發射”一個“β粒子”。在“β+衰變”的情況下，“β粒子”是一個“正電子”，而在“β-衰變”的情況下，“β粒子”是一個“高速電子”。

圖 2：“放射性β衰變”

β衰變：示例

“碳原子”的“β衰變”是這個過程的主要例子之一。在這種情況下，碳的“中子”被“轉化為質子”，從而發射的“β粒子”是“電子”。類似地，在“碳-10 的β+衰變”的情況下，“碳原子的質子”被“轉化為中子”，釋放出的“β粒子”是“正電子”。

不同型別的“β衰變”

“放射性β衰變”過程分為兩類，

• “β負衰變”和
• “β正衰變”。

在“β負衰變”的情況下，特定的“中子”被轉化為產生“質子”，並導致“原子序數”增加。“中子是中性的”，而“質子是正的”。為了“維持電荷守恆”，參與該過程的“原子核”還有助於產生“電子”和“反中微子”（lbl，2022）。“反中微子”是“中微子”的反物質對應物。這兩個都是中性的，並且這兩個粒子也具有可以忽略不計的質量。這些粒子與物質的“弱相互作用”非常弱，甚至可以穿過地球而不會受到干擾。“β負衰變”的例子包括¹⁴C 轉化為¹⁴N。

圖 3：β負衰變

在“β正衰變”的情況下，“質子”分解為產生“中子”，並導致給定“放射性樣品”的“原子序數”顯著降低。“原子核”失去“質子”，但在此過程中獲得“電子”。“電荷守恆”是這種“放射性衰變”過程中的一個重要因素。“β正衰變”產生“正電子”和“中微子”以遵守“電荷守恆”（atomicarchive，2022）。“正電子”是“電子”的反物質，它也具有類似的性質，除了“正電子”帶正電荷外。在“β衰變”過程中，“中微子”的行為類似於“反中微子”。

什麼是“費米理論”關於“放射性β衰變”?

“放射性β衰變”的“費米理論”也稱為“費米相互作用”。他是發明“世界上第一個核反應堆”的第一人。他指出，“四個費米子”在一個“單一的渦旋”中直接相互作用，這種相互作用透過“中子”與“電子”的直接耦合以及“中微子”與“質子”之間的耦合來解釋“β衰變”過程。

結論

“放射性β衰變”過程涉及一組“核反應”，其中“中子”分解成“質子”和“電子”。此過程有助於不穩定原子獲得穩定的“質子和中子比率”。此過程是相對“弱相互作用力”的直接結果。

常見問題

Q1。“β正衰變”的條件是什麼？

答。“β正衰變”僅在“子核”比“母核”更穩定時才會發生。這種差異指的是“質子轉化”為“中子”或“正電子”轉化為“中微子”。

Q2。哪些粒子被稱為“β粒子”？

答。在“β衰變”中，“β粒子”指的是當它經歷“β負衰變”時的高速電子，或者當它經歷“β正衰變”時的“正電子”。在這個過程中，“碳原子”的“中子”被轉化為“質子”，並且由此發射的“β粒子”是“電子”。

Q3。“放射性β衰變”過程是否釋放能量？

答。是的，在“放射性β衰變”過程中會釋放大量的“動能”。該值通常在“0 到 1MeV”之間，但是，該值可能在幾“keV”到“幾十兆電子伏特”之間。

Q4。誰發現了β衰變過程？

答。恩里科·費米在 1933 年闡明瞭“β衰變”的過程。此過程稱為“費米β衰變理論”或“費米相互作用”。

Q5。什麼是“電子俘獲”過程？

答。在這個過程中，“電子”被原子核中的“質子”俘獲，並釋放出“電子中微子”。此過程與其“核過程”受弱力控制的“β衰變”相關。

參考文獻

期刊

Algora，A.，Tain，J. L.，Rubio，B.，Fallot，M. 和 Gelletly，W.（2021）。應用和基礎核物理的β衰變研究。歐洲物理學報 A，57（3），1-28。檢索自：https://link.springer.com/article/10.1140/epja/s10050-020-00316-4

Parkhomov，A. G.（2018）。β衰變速率的節律性和零星變化：可能的原因。現代物理學雜誌，9（8），1617-1632。檢索自：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）。衰變常數是？應用輻射與同位素，134，6-12。檢索自：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0969804317303822

網站

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

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

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