【中華百科全書●科學●β衰變】

楊籍富

【中華百科全書●科學●β衰變】

 

原子核由核子所構成，核子有兩種，即質子與中子。

 

質子之質量為電子質量之一千八百餘倍，其所帶電荷與電子之電荷大小相等，符號相反，即電子帶負電而質子帶正電。

 

中子之質量稍大於質子，但不帶電。

 

中子與質子之自旋角動量均為y(≡h/2π=1.055×10-27erg-sec)，故皆為費密粒子。

 

在原子核物理學中，質子與中子合稱核子，換言之，中子與質子乃核子之兩種不同狀態。

 

如原子核中所含核子之分布形態，恰能使該原子核之能量為最小，則此核子分布形態，稱為該原子核之基態。

 

該原子核中所含核子之任何其他分布形態，其能量必均較基態為大，故不穩定，稱為原子核之激發態。

 

原子核之激發態，乃由核子反應所引起，而核子反應則可由人造之粒子加速器所造成或自然形成，惟此種自然形成之核子反應過程均在數十億年乃至一百多億年以前發生，故研究自然形成之原子核激發態，對宇宙起源之了解，相當重要。

 

激發態之原子核，因其能量高於基態。

 

極不穩定，當其放出粒子而回歸基態之過程，稱為衰變。

 

如在原子核之衰變過程中放出電子或吸收正子（即電子之反粒子，其質量與電子質量相等，其電荷與電子之電荷大小相等，符號相反，即帶正電，故名），則此衰變過程，稱為β衰變。

 

原子核在β衰變過程中所放出電子之能量，可用已知強度之磁場測量電子在該磁場中軌道之曲率半徑以決定之。

 

利用此法所測得之β衰變能譜，可以左圖表示之。

 

一元素之β衰變能譜與該元素之光譜、X光譜、α及γ衰變能譜等迥異，因β衰變能譜（如圖一）乃一連續能譜，而其餘則皆為線型譜。

 

為欲解釋此連續能譜，包禮（W.Pauli）於西元一九三一年首先提出反微中子（Antineutrino）之存在。

 

當β衰變放出電子時，則原子核內之一中子轉換成質子，同時放出電子與反微中子，以式表之，即（方程式1）式中n表中子，p表質子，e表電子，（方程式2）表反微中子。

 

反微中子無質量，不帶電，其自旋角動量為/2，此等特性可使衰變前後之能量、電荷、動量及角動量等維持不變，以便滿足此等守恆定律。

 

有關β衰變之理論自包禮提出微中子後，經費密（Fermi）等人之努力，遂確立今日吾人所熟知之弱交互作用之理論基礎。

 

（鄒志剛）

 

引用：http://ap6.pccu.edu.tw/Encyclopedia/data.asp?id=10413