在核物理学中，β衰变是一种重要的放射性衰变形式。它主要分为两种类型：β⁻衰变和β⁺衰变（正电子发射）。β衰变的核心在于原子核内部的中子与质子之间的转换过程，这一过程伴随着电荷、质量和能量的变化。

β⁻衰变（负β衰变）

在β⁻衰变中，一个中子转变为一个质子，并释放出一个高速运动的电子（β粒子）和一个反中微子（ν̅）。其基本反应方程可以表示为：

\[

n \rightarrow p + e^- + \bar{\nu}_e

\]

其中：

- \( n \) 表示中子；

- \( p \) 表示质子；

- \( e^- \) 表示电子；

- \( \bar{\nu}_e \) 表示电子反中微子。

这个过程导致母核的原子序数增加1，而质量数保持不变。

β⁺衰变（正β衰变或正电子发射）

在β⁺衰变中，一个质子转变为一个中子，并释放出一个正电子（\( e^+ \)）和一个中微子（\( \nu_e \)）。其基本反应方程可以表示为：

\[

p \rightarrow n + e^+ + \nu_e

\]

其中：

- \( p \) 表示质子；

- \( n \) 表示中子；

- \( e^+ \) 表示正电子；

- \( \nu_e \) 表示电子中微子。

此过程中，母核的原子序数减少1，质量数同样保持不变。

共同特点

无论是β⁻衰变还是β⁺衰变，它们都遵循以下守恒定律：

1. 电荷守恒：反应前后总电荷量相等。

2. 质量数守恒：反应前后核的质量数不变。

3. 动量守恒：反应过程中系统的总动量保持不变。

4. 能量守恒：反应过程中系统的总能量保持不变。

此外，β衰变还涉及弱相互作用力，这是四种基本相互作用之一，负责控制核内的这种转化过程。

实际应用

β衰变的研究不仅帮助科学家理解了核结构的基本性质，还在医学成像技术（如PET扫描）、核能开发以及基础物理研究中具有重要意义。例如，通过分析β粒子的能量分布，研究人员能够推断出衰变机制的具体细节。

总之，β衰变不仅是自然界中普遍存在的现象，也是探索微观世界奥秘的重要工具。通过对其实质方程式的深入研究，我们得以更全面地认识物质的本质及其变化规律。