Nakon  otkrića  radioiaktivnosti  ustanovljeno  je  da  se  jedna  komponenta  zračeenja  sastoji  od
elektrona i  ta komponenta je nazvana beta zračenje, a proces koji za posljedicu ima emisiju
elektrona  iz  jezgra  nazvan  beta  raspad.  Ova  vrsta  raspada  je  načešći  obik  spontane
transformacije jezgra i doživljavaju ga sva jezgra koja se na neutron-protonskom grafiku nalaze
van  linije  stabilnosti  (osim  manjeg  broja  teških  jezgara,  koja  se  raspadaju  alfa  raspadom).
Periodi poluraspada beta emitera kreću se u veoma širokom vremenskom intervalu. Najmanji
poznati period poluraspada je reda veičine

−3

s dok je najveći

4 ∙ 10

s. Ukupna energija koja

se realizuje u beta raspadu se takođe kreće u širokom intervalu, od 18 keV do 16.6 MeV.
Prilikom beta raspada dolazi do transformacije pojediniih nukleona i stvaranja čestica koje prije
raspada nisu postojale unutar jezgra.

[?????, 2013]

Vrste beta raspada i energijski uslovi

Elementi koji emituju beta zračenje vremenom se pretvaraju u elemente koji se u periodnom
sistemu elemenata nalaze jedno mjesto udesno, pri čemu oba atoma, i predak i potomak imaju
istu atomsku masu. To je takozvani Raderford-Sodijev zakon pomijeranja i može se prikazati
kao:

? →

? + ?

−

?+1

(2.1)

Znajući da se jezgro sastoji od protona i neutrona, zaključujemo da jezgro nastalo beta raspadom
ima jedan proton u svom sastavu više u odnosu na jezgro pretka. To znači da se emisija elektrona
prilikom beta raspada dešava kada se jedan neutron iz jezgra transformiše u proton. Broj
nukleona ostaje isti, kao i atomska masa, pa možemo reći da u beta raspadu učestvuju izobari.

Otkrićem vještačke radioaktivnosti ustanovljeno je da nestabilna jezgra mogu da emituju
pozitrone (pozitivne beta čestice). Tom prilikom produkt raspada je jezgro koje posjeduje jedan
proton manje u odnosu na svog pretka, bez promjene atomskog broja. To možemo prikazati kao:

? →

? + ?

?−1

(2.2)

Ovakav proces se može objasnti pretpostavkom da se prilikom pozitronskog raspada jedan
proton transformiše u neutron.

Konačno, moguće je da nestabilno jezgro zahvati jedan od orbitalnih elektrona , najčešće sa K
ljuske. Tada od jednog protona i zahvaćenog elektrona nastane neutron. Ovaj proces se naziva
elektronki ili K-zahvat. Takođe se radi o izobarnom procesu , a kako jezgro potomak ima jedan
proton manje u odnosu na početno jezgro, redni proj nastalog elementa je za jedinicu manji, a u
periodnom sistemu se nalazi jedno mjesto ulijevo. Prikazujemo kao:

? + ?

−

→

?−1

(2.3)

Elektronski zahvat se može prepoznati po tome da se nakon zahvata elektrona emituje zračenje
karakteristično za optički spektar atoma potomka. Do toga dolazi jer se na upražnjeno mjesto
na K ljusci spušta elektron sa viših orbitala.

Sva tri procesa, elektronski (

−

) i pozitronski (

) raspad, kao i elektronski zahvat se smatraju

beta raspadom.

Prilikom primjene zakona održanja energije mogu se dobiti uslovi koji moraju biti ispunjeni da
bi došlo do nekog od tri moguće vrste beta raspada.

U slučaju

−

raspada, u raspad ulazi jezgro predak, a nastaju jezgro potomak i elektron, pa

dobijamo:

(?, ?) > ?

(?, ? + 1) + ?

(2.4)

Indeks

u formuli (2.4) označava mase jezgara, a

masu elektrona. Ako lijevoj i desnoj strani

dodamo Z masa elektrona dobija se:

(?, ?) > ?

(?, ? + 1)

(2.5)

Iz izraza (2.5) se može zaključiti da je uslov za

−

raspad ispunjen za onaj atom koji ima veću

masu od sledećeg atoma izobara kojem je redni broj za jedinicu veći, tj. u periodnom sistemu
elemenata se nalazi desno od njega. Slično se može postaviti uslov za pozitronski raspad:

(?, ?) > ?

(?, ? − 1) + ?

(2.6)

Dodavanjem Z masa elektrona objema stranama u nejednačini (2.6) se dobija:

(?, ?) > ?

(?, ? − 1) + 2?

(2.7)

Dakle, da bi neki atom emitovao pozitron, masa tog atoma mora da bude barem za dvije mase
elektrona veća od mase atoma sa istim atomskim brojem, a koji se u periodnom sistemu nalazi
ispred njega. I konačno, uslov za zahvat elektrona:

(?, ?) + ?

> ?

(?, ? − 1)

(2.8)

U ovom slučaju, ukoliko obema stranama gorenje nejednačine dodamo (Z-1)

, dobija se:

(?, ?) > ?

(?, ? − 1)

(2.9)

Zahvat  elektrona  se  može  desiti  kod  svih  atoma  kojima  je  masa  veća  od  mase  atoma  istog
atomskog broja koji se nalazi jedno mjesto ispred u periodnom sistemu. Iz gornjih nejednačina
se  može  vidjeti  da  svi  atomi  koji  ispunjavaju  uslov  za  pozitronski  raspad,  u  isto  vrijeme
ispunjavaju  i  uslov  za  zahvat  elektrona.  Suprotan  uslov  nije  svaki  put  ispunjen.  Ukoliko  je
ispunjen uslov za oba raspada (pozitronski i zahvat elektrona), koji će od njih biti dominantniji
zavisi i od atomske mase. Kod lakših jezgara je vjerovatniji pozitronski raspad, dok je kod težih
jezgara  vjerovatniji  zahvat  elektrona.  Razlog  tome  leži  u  tome  da  se  K  elektroni  kod  lakših
atoma  nalaze  na  većem  rastojanju  od  jezgra,  pa  se  shodno  tome  i  smanjuje  vjerovatnoća  da
eektron  bude zahvaćen. Kod teških jezgara distanca između jezgra i elektrona na K ljusci je
manja, što povećava vjerovatnoću elektronskog zahvata. Kod izobarnih lanaca sa parnim brojem

)

???

[

(

?, ?

)

− (?

(?, ? + 1) + ?

)

]

(2.10)

Slika 2.2. Šematski prikaz izgleda energijskog spectra

−

čestica

[????? 2013]

Kao što se može vidjeti sa slike 2.2., spektar

−

čestica je asimetričan. Utvrđeno je da je srednja

energija emitovanih elektrona kod teških jezgara negdje oko jedne trećine maksimalne energije,
dok je kod lakih jezgara ovaj spektar u većoj mjeri simetričan, a prosječna energija emitovanih
beta čestica je oko polovine vrijednosti maksimalne energije.

Pretpostavka da beta čestice dijele energiju sa gama fotonima u svim mogućim iznosima od nule
do  maksimane  nije  održiva  jer  je  gama  spektar  linijski  i  sadrži  fotone  sa  energijama  koje
odgovaraju razlici energija pojedinih pobuđenih nivoa jezgra. Energetska stanja jezgra potomka
koja se pobuđuju prilikom beta raspada ni u kom slučaju nemaju kontinuiran karakter. Takođe,
ukupan  moment  impulsa  jezgra  može  da  ima  cijelu  ili  polucijelu  vrijednost,  izraženu  u  ћ
jedinicama,  u  zavisnosti  od  toga  da  li  je  ukupan  broj  nukleona  u  jezgru  paran  ili  neparan.
Elektron koji napusti jezgro prilikom

−

raspada posjeduje moment impulsa (spin) ½ ћ . Na

osnovu zakona održanja momenta impulsa, upravo bi se za tu polovičnu vrijednost spina
elektrona trebao promijenti ukupni moment impulsa jezgra. To znači da bi jezgro sa parnim
brojem nukleona, nakon beta raspada trebalo imati polucijelu vrijednost spina, bez obzira što je
broj nukleona nije promijenio. Kako se ovo nikada ne dešava, pored zakona održanja energije,
dovoden je u pitanje i zakon održanja momenta impulsa u beta raspadu.

Teorijkso objašnjenje ovog problema dao je Pauli 1930. godine, ali se na eksperimentalnu
potvrdu čekalo jo 42 godine. Pauli je predložio da je prilikom beta raspada, pored beta čestice,
emituje još jedna čestica koju je nazvao neutrino. Emitovani elektron (ili pozitron) podijelili bi
ukupnu energiju raspada koja im stoji na raspolaganju u svim mogućim iznosima što konačno
energetski spekar beta čestica čini kontinuiranim.

[?????, 2013]

Neutrino ima osobinu da veoma slabo intereaguje sa materijom te se nakon emisije udalji noseći
dio energije raspada, a da ni na koji način ne bude detektovan. Zahtjev da neutrino slabo
intereaguje sa materijom može biti ispunjen ako ne posjeduje naelektrisanje, niti magnetni
moment pa zbog toga ne vrši jonizaciju materije kroz koju prolazi. Neutrino ne bi trebao imati
masu, ili ako je posjeduje, trebala bi biti veoma mala. Zakon održanja momenta impulsa nalaže