环境样品放射性监测与分析：原子核的β衰变及其结果

原子核自发地发射出β粒子或俘获轨道电子的放射性衰变称为β衰变（图2-2）。β衰变是核内核子之间相互转化的过程。原子核的β衰变使原子序数增加或减少，但其质量数不改变。β衰变包括：β-衰变、β+衰变以及轨道电子俘获（EC）三种方式。相对于β稳定中子过剩的核素发生β-衰变，质子过剩（即缺中子）的核素发生β+衰变或轨道电子俘获。

图2-2　β衰变

根据衰变能必须大于零的要求，可推导出发生β衰变必须满足的前提条件分别是：对于β-衰变，母核的原子质量应大于子核的原子质量；对于β+衰变，母、子核原子质量之差应大于两个电子的静止质量；对于轨道电子俘获，母、子核原子质量之差所对应的能量应大于轨道电子结合能。

1.β-衰变

放射性核素的原子核释放β-粒子转变为原子序数增加1，但质量数不变的子体核素的过程称为β-衰变。β-粒子实质上是电子，因为核内并无电子，所以这类衰变可以看成中子过多，使一个中子转变为1个质子和1个β-粒子，并将β-粒子释放出来。这种衰变使子体的质子多了1个，因此原子序数增加1。

β-衰变的反应式如下：

称为反中微子，在β-衰变中伴随起释放出来，它是种静止质量近似于零的中性粒子。

所有裂变产物及在反应堆中通过中子俘获产生的放射性核素多进行β-衰变，例如核素经β-衰变后生成的子核是母核的同质异位素。

在β-衰变过程中，有3个生成物，、β-和，在衰变过程中的衰变能Q被这3个生成物所共同分配。由于这3种生成物的发射方向是任意的，因而每个生成物所分到的能量也是随机的。对于一次β-衰变时所产生的β-粒子能量来说，只能有从零到全部衰变能中的某一具体的能量值。但在群体发生β-衰变时，在单位时间内粒子会出现由零到全部衰变能的各种能量值，从而组成连续能谱。

2.β+衰变

中子不足的原子核自发发射一个β+粒子即正电子，生成质量不变，而电荷数减1的子核的过程称为β+衰变。β+粒子的本质就是正电子（e+）。β+衰变可以看作是母体放射性核素原子核中的1个质子转变为中子的结果。在天然放射性核素中没有发生β+衰变的原子核，故这种衰变类型的核素都是人工放射性核素。(www.xing528.com)

β+衰变的反应式如下：

为中微子，β+粒子的能谱与β-粒子能谱一样，也是连续的。

在加速器上用p、α、3He等轰击含稳定核素的靶子产生的放射性核素多是β+或EC放射性的，例如，核素经β+衰变后生成的子核是母核的同质异位素。β+衰变的实质是缺中子核素中一个质子转变为一个中子的过的过程：

3.轨道电子俘获

放射性核素的原子核从核外壳层中俘获一个电子使核内的一个质子转变为中子，同时放出中微子的过程称为电子俘获。由于核内少了一个质子，子核的原子序数减少1。

电子俘获的反应式如下：

由上式可以看出，这类衰变过程中只释放出一个中微子，所以它的能量是单一的。由于K壳层最靠近原子核，K层电子被俘获的概率比其他壳层概率大。K层的电子被俘获称为K电子俘获，而L层的电子被俘获则称为L层电子俘获。

在发生电子俘获后，内层轨道上留下的电子空位，将由外层轨道上的电子以跃迁的形式填补，其多余的能量，或者以特征X射线发射出来，或者传给另一个电子使之获得能量而脱离轨道成为自由电子，这种现象称为俄歇效应，这种电子则被称为俄歇电子，俄歇电子是单能的。