ไอโซบาร์ที่เสถียรต่อการสลายตัวแบบเบตาคือกลุ่มของนิวไคลด์ที่ไม่สามารถเกิดการสลายตัวแบบเบตา ได้ กล่าวคือ การเปลี่ยนจากนิวตรอนเป็นโปรตอนหรือจากโปรตอนเป็นนิวตรอนภายในนิวเคลียส นอกจากนี้ นิวไคลด์ กลุ่มย่อยเหล่านี้ยังเสถียรต่อการสลายตัวแบบเบตาคู่หรือการสลายตัวแบบเบตาพร้อมกันในระดับที่สูงกว่าในทางทฤษฎี เนื่องจากมีพลังงานต่ำที่สุดในบรรดาไอโซบาร์ทั้งหมด ที่มี เลขมวลเดียวกัน

กลุ่มนิวไคลด์นี้ยังเป็นที่รู้จักในชื่อเส้นเสถียรภาพเบตาซึ่งเป็นคำที่ใช้กันทั่วไปตั้งแต่ปี พ.ศ. 2508 ^{[ 1 ] [ 2 ]} เส้นนี้อยู่ตามด้านล่างของหุบเขาเสถียรภาพนิวเคลียร์

เส้นเสถียรภาพเบตา สามารถกำหนดได้ทางคณิตศาสตร์โดยการหานิวไคลด์ที่มีพลังงานยึดเหนี่ยว สูงสุด สำหรับเลขมวลที่กำหนด โดยใช้แบบจำลอง เช่นสูตรมวลกึ่งเชิงประจักษ์ แบบคลาสสิก ที่พัฒนาโดยCF Weizsäckerนิวไคลด์เหล่านี้เป็นค่าสูงสุดเฉพาะที่ในแง่ของพลังงานยึดเหนี่ยวสำหรับเลขมวลที่กำหนด

แต่ละตระกูลของไอโซบาร์จะมีนิวไคลด์เสถียรเบต้าได้ไม่เกินสามนิวไคลด์ ส่วนตระกูลที่มีเลขมวลเป็นเลขคี่จะมีนิวไคลด์เสถียรเบต้าเพียงหนึ่งนิวไคลด์เท่านั้น

ในบรรดาธาตุที่มีเลขมวลเป็นเลขคู่ มีห้าธาตุ (124, 130, 136, 150, 154) ที่มีนิวไคลด์เสถียรแบบเบตาอยู่สามชนิด โดยไม่มีธาตุใดมีมากกว่าสามชนิด ส่วนธาตุอื่นๆ มีเพียงหนึ่งหรือสองชนิดเท่านั้น

• ตั้งแต่2 ถึง 34ทุกคนมีเพียงหนึ่งเดียว
• ตั้งแต่อายุ 36 ถึง 72 ปี มีเพียงแปดอายุ (36, 40, 46, 50, 54, 58, 64, 70) ที่มีสองคน ส่วนอีก 11 อายุที่เหลือมีหนึ่งคน
• ตั้งแต่หมายเลข 74 ถึง 122 มี 3 หมายเลข (88, 90, 118) ที่มี 1 อัน และอีก 22 หมายเลขที่เหลือมี 2 อัน
• ตั้งแต่ 124 ถึง 154 มีเพียงหนึ่งเดียว (140) ที่มีหนึ่ง ห้าแห่งมีสาม และอีก 10 แห่งที่เหลือมีสอง
• ตั้งแต่หมายเลข 156 ถึง 262 มีเพียงสิบแปดหมายเลขที่มีหนึ่งอัน และอีก 36 หมายเลขที่เหลือมีสองอัน แม้ว่าอาจจะมีหมายเลขที่ยังไม่ถูกค้นพบอีกบ้างก็ตาม

นิวไคลด์ดั้งเดิมทั้งหมดมีเสถียรภาพในการสลายตัวแบบเบตา ยกเว้น⁴⁰ K, ⁵⁰ V, ⁸⁷ Rb, ¹¹³ Cd, ¹¹⁵ In, ¹³⁸ La, ¹⁷⁶ Lu และ¹⁸⁷ Re นอกจากนี้¹²³ Te และ^180m Ta ยังไม่ได้รับการสังเกตการสลายตัว แต่เชื่อว่ามีการสลายตัวแบบเบตาด้วยครึ่งชีวิตที่ยาวนานมาก (มากกว่า 10 ¹⁵ปี) ในทางทฤษฎี¹²³ Te สามารถเกิดการจับอิเล็กตรอนได้เท่านั้นเป็น¹²³ Sb ในขณะที่^180m Ta สามารถสลายตัวได้ทั้งสองทิศทางเป็น¹⁸⁰ Hf หรือ¹⁸⁰ W ในบรรดานิวไคลด์ที่ไม่ใช่ดั้งเดิม ยังมีกรณีอื่นๆ ที่เป็นไปได้ในทางทฤษฎีแต่ไม่เคยได้รับการสังเกตการสลายตัวแบบเบตา โดยเฉพาะอย่างยิ่ง²²² Rn ^{[ 3 ]}และ²⁴⁷ Cm (ไอโซโทปที่มีเสถียรภาพมากที่สุดของธาตุเมื่อพิจารณาโหมดการสลายตัวทั้งหมด) สุดท้ายนี้⁴⁸ Ca ไม่ได้รับการสังเกตว่าเกิดการสลายตัวแบบเบตา (ซึ่งเป็นไปได้ในทางทฤษฎี) ซึ่งถูกยับยั้งอย่างมาก แต่มีการสังเกตพบการสลายตัวแบบเบตาคู่ การยับยั้งการสลายตัวแบบเบตาเดี่ยวที่คล้ายกันนี้เกิดขึ้นกับ¹⁴⁸ Gd ซึ่งเป็นตัวปล่อยอัลฟาที่มีอายุสั้นมาก และกับ⁹⁶ Zr ซึ่งการสลายตัวแบบเบตาเดี่ยวเป็นไปได้อีกครั้ง แต่ถูกยับยั้งจนถึงจุดที่มีครึ่งชีวิตยาวนานกว่าการสลายตัวแบบเบตาคู่ถึงหนึ่งอันดับ^{[ 4 ]}

ธาตุทั้งหมดจนถึงโนเบเลียมยกเว้นเทคนีเซียมโพรมีเทียมและเมนเดเลเวียม เป็นที่ทราบกันว่ามีไอโซโทปเสถียรเบต้าอย่างน้อยหนึ่งชนิด เป็นที่ทราบกันว่าเทคนีเซียมและโพรมีเทียมไม่มีไอโซโทปเสถียรเบต้า ความไม่แน่นอนในการวัดในปัจจุบัน ยังไม่เพียงพอที่จะบอกได้ว่าเมนเดเลเวียมมีไอโซโทปเสถียรเบต้าหรือไม่

นิวไคลด์ 346 ชนิด (รวมถึง Fm ²⁶⁰ชนิดที่การค้นพบยังไม่ได้รับการยืนยัน) ได้รับการระบุอย่างชัดเจนว่าเป็นเบต้าเสถียร^{[ 5 ] [ 6 ]}การสลายตัวแบบเบต้าคู่ที่ทำนายตามทฤษฎีหรือสังเกตได้จากการทดลองแสดงด้วยลูกศร กล่าวคือ ลูกศรชี้ไปยังไอโซบาร์มวลที่เบาที่สุด บางครั้งการสลายตัวนี้ถูกครอบงำด้วยการสลายตัวแบบอัลฟาหรือการแตกตัวแบบสปอนเทเนียส โดยเฉพาะอย่างยิ่งสำหรับธาตุหนัก โหมดการสลายตัวที่สังเกตได้แสดงเป็น α สำหรับการสลายตัวแบบอัลฟา SF สำหรับการแตกตัวแบบสปอนเทเนียส และ n สำหรับการปล่อยนิวตรอนในกรณีพิเศษของ⁵ He สำหรับมวล 5 จะไม่มีไอโซบาร์ที่ถูกผูกมัดเลย มวล 8 มีไอโซบาร์ที่ถูกผูกมัด แต่⁸ Be ที่เบต้าเสถียรนั้นไม่ถูกผูกมัด^{[ 7 ]}

มีนิวไคลด์ที่เสถียรต่อการสลายตัวแบบเบตาอยู่ 2 ชนิด สำหรับเลขนิวตรอน คี่ 1 ( ^2Hและ^3He ), 3 ( ^5Heและ^6Li – โดยชนิดแรกมีครึ่งชีวิตสั้นมาก), 5 ( ^9Beและ^10B ), 7 ( ^13Cและ^14N ), 55 ( ^97Moและ^99Ru ) และ 85 ( ^145Ndและ^147Sm ) โดยสี่กรณีแรกเกี่ยวข้องกับนิวไคลด์ที่มีมวลเบามาก ซึ่งนิวไคลด์คี่-คี่มีความเสถียรมากกว่าไอโซบาร์คู่-คู่ที่อยู่รอบข้าง และสองกรณีสุดท้ายเกี่ยวข้องกับเลขโปรตอน 43 และ 61 ซึ่งไม่มีไอโซโทปที่เสถียรต่อการสลายตัวแบบเบตา นอกจากนี้ ยังมีนิวไคลด์ที่เสถียรต่อการสลายตัวแบบเบตาอยู่ 2 ชนิด สำหรับจำนวนโปรตอนคี่ 1, 3, 5, 7, 17, 19, 29, 31, 35, 47, 51, 63, 77, 81 และ 95 โดย 4 กรณีแรกเกี่ยวข้องกับนิวไคลด์ที่มีมวลเบามาก ซึ่งนิวไคลด์คี่-คี่มีความเสถียรมากกว่าไอโซบาร์คู่-คู่ที่อยู่รอบข้าง และจำนวนนิวตรอนที่เหลืออยู่รอบจำนวนนิวตรอน 19, 21, 35, 39, 45, 61, 71, 89, 115, 123, 147 ซึ่งไม่มีไอโซโทปที่เสถียรต่อการสลายตัวแบบเบตา (สำหรับN = 21 มี ⁴⁰ K ซึ่งเป็นนิวไคลด์ ดั้งเดิมที่มีอายุยืนยาวและสำหรับN = 71 มี¹²³ Te ซึ่งยังไม่พบการจับอิเล็กตรอน แต่ทั้งสองชนิดก็ไม่เสถียรต่อการสลายตัวแบบเบตา)

เลขโปรตอนคู่ทั้งหมดที่ 2 ≤ Z ≤ 102 มีนิวไคลด์ที่เสถียรต่อการสลายตัวแบบเบตาอย่างน้อยสองตัว โดยมีสองตัวพอดีสำหรับZ = 4 ( ^8Beและ^9Be – โดยตัวแรกมีครึ่งชีวิตสั้นมาก) และ 6 ( ^12Cและ^{13C ) นอกจากนี้ เลขนิวตรอนคู่เพียงเลขเดียวที่มีนิวไคลด์ที่เสถียรต่อ} การสลายตัวแบบเบตาเพียงตัวเดียวคือ 0 ( ^1H ) และ 2 ( ^4He ) สำหรับจำนวนนิวตรอนคู่ในช่วง 4 ≤ N ≤ 160 จะมีนิวไคลด์ที่เสถียรต่อการสลายตัวแบบเบตาอย่างน้อยสองชนิด โดยจะมีสองชนิดพอดีสำหรับN = 4 ( ⁷ Li และ⁸ Be), 6 ( ¹¹ B และ¹² C), 8 ( ¹⁵ N และ¹⁶ O), 66 ( ¹¹⁴ Cd และ^{116 Sn โดยสังเกต 115} In ซึ่งเป็นนิวไคลด์ดั้งเดิมแต่ไม่เสถียรต่อการสลายตัวแบบเบตา), 120 ( ¹⁹⁸ Pt และ²⁰⁰ Hg) และ 128 ( ²¹² Po และ²¹⁴ Rn – ทั้งสองชนิดไม่เสถียรต่อการสลายตัวแบบอัลฟา มาก ) มีนิวไคลด์เสถียรจากการสลายตัวแบบเบตาเจ็ดชนิดสำหรับค่าวิเศษN = 82 ^{[ i ]}และห้าชนิดสำหรับN = 20 ^{[ ii ]} , 50 ^{[ iii ]} , 58 ^{[ iv ]} , 74 ^{[ v ] , 78 [ vi ]} , 88 ^{[ vii ]}และ90 ^{[ viii ]}

สำหรับA ≤ 209 นิวไคลด์ที่เสถียรต่อการสลายตัวแบบเบตาที่ไม่ใช่นิวไคลด์ดั้งเดิมมี เพียง ^5He , ^8Be , ^146Sm , ^150Gdและ^154Dy เท่านั้น ( ^146Smมีครึ่งชีวิตยาวนานพอที่จะแทบจะไม่สามารถคงสภาพเป็นนิวไคลด์ดั้งเดิมได้ แต่ไม่เคยมีการยืนยันทางทดลองว่าเป็นเช่นนั้น) นิวไคลด์ที่เสถียรต่อการสลายตัวแบบเบตาทั้งหมดที่มีA ≥ 209 เป็นที่ทราบกันว่ามีการสลายตัวแบบอัลฟา แม้ว่าสำหรับบางชนิด การแตกตัวแบบสปอนเทเนียสจะเป็นโหมดการสลายตัวที่เด่นกว่า การสลายตัวแบบคลัสเตอร์ ก็อาจเกิด ขึ้นได้เช่นกัน แต่ในทุกกรณีที่ทราบ มันเป็นสาขาที่เล็กกว่าเมื่อเทียบกับการสลายตัวแบบอัลฟาหรือการแตกตัวแบบสปอนเทเนียส การสลายตัวแบบอัลฟาเป็นไปได้ในเชิงพลังงานสำหรับนิวไคลด์ที่เสถียรต่อเบตาทั้งหมดที่มีA ≥ 165 โดยมีข้อยกเว้นเพียงอย่างเดียวคือ²⁰⁴ Hg แต่ในกรณีส่วนใหญ่ค่าQมีขนาดเล็กพอที่จะไม่เคยพบเห็นการสลายตัวดังกล่าว^{[ 8 ]}

ยกเว้น²⁶² No ปัจจุบันยังไม่มีนิวไคลด์ใดที่มีA > 260 ที่ทราบว่ามีเสถียรภาพแบบเบตา ยิ่งไปกว่านั้น นิวเคลียสที่มีเสถียรภาพแบบเบตาที่ทราบสำหรับมวลแต่ละค่าA = 222, A = 256 และA ≥ 258 (ซึ่งสอดคล้องกับจำนวนโปรตอนZ = 86 และZ ≥ 98 หรือจำนวนนิวตรอนN = 136 และN ≥ 158) อาจไม่ได้แสดงถึงชุดที่สมบูรณ์^{[ 9 ] [ 10 ]}

รูปแบบทั่วไปของความเสถียรของเบต้าคาดว่าจะยังคงดำเนินต่อไปในบริเวณของธาตุหนักยิ่งยวดแม้ว่าตำแหน่งที่แน่นอนของศูนย์กลางของหุบเขาแห่งความเสถียรจะขึ้นอยู่กับแบบจำลองก็ตาม เป็นที่เชื่อกันอย่างกว้างขวางว่า มี เกาะแห่งความเสถียรอยู่ตามแนวเส้นความเสถียรของเบต้าสำหรับไอโซโทปของธาตุรอบโคเพอร์นิเซียมที่เสถียรโดย การปิด เปลือกในบริเวณนั้น ไอโซโทปดังกล่าวจะสลายตัวเป็นหลักผ่านการสลายตัวแบบอัลฟาหรือการแตกตัวแบบสปอนเทเนียส^{[ 13 ]}นอกเหนือจากเกาะแห่งความเสถียรแล้ว แบบจำลองต่างๆ ที่ทำนายไอโซโทปที่เสถียรของเบต้าที่รู้จักหลายตัวได้อย่างถูกต้อง ยังทำนายความผิดปกติในเส้นความเสถียรของเบต้าที่ไม่พบในนิวไคลด์ที่รู้จักใดๆ เช่น การมีอยู่ของนิวไคลด์ที่เสถียรของเบต้าสองตัวที่มีเลขมวลคี่เดียวกัน^{[ 9 ] [ 14 ]}นี่เป็นผลมาจากข้อเท็จจริงที่ว่าสูตรมวลแบบกึ่งเชิงประจักษ์ต้องพิจารณาการแก้ไขเปลือกและการเสียรูปของนิวเคลียส ซึ่งจะเด่นชัดมากขึ้นสำหรับนิวไคลด์หนัก^{[ 14 ] [ 15 ]}

นิวเคลียสที่แตก ตัวเป็นไอออนอย่างสมบูรณ์และเสถียรต่อเบต้า(โดยที่อิเล็กตรอนทั้งหมดถูกดึงออกไป) นั้นค่อนข้างแตกต่างกัน ประการแรก หากนิวไคลด์ที่มีโปรตอนมากสามารถสลายตัวได้โดยการจับอิเล็กตรอน เท่านั้น (เนื่องจากความแตกต่างของพลังงานระหว่างนิวเคลียสแม่และนิวเคลียสลูกน้อยกว่า 1.022 MeVซึ่งเป็นปริมาณพลังงานการสลายตัวที่จำเป็นสำหรับการปล่อยโพซิตรอน ) การแตกตัวเป็นไอออนอย่างสมบูรณ์จะทำให้การสลายตัวเป็นไปไม่ได้ ตัวอย่างเช่น เกิดขึ้นกับ⁷ Be ^{[ 16 ]}ยิ่งไปกว่านั้น บางครั้งความแตกต่างของพลังงานก็เป็นเช่นนั้น ในขณะที่การสลายตัว β ⁻ ละเมิดการอนุรักษ์พลังงานสำหรับอะตอมที่เป็นกลางการสลายตัว β ⁻ แบบสถานะผูกพัน (ซึ่งอิเล็กตรอนที่สลายตัวยังคงผูกพันกับนิวเคลียสลูกในวงโคจรอะตอม) เป็นไปได้สำหรับนิวเคลียสเปล่าที่สอดคล้องกัน ภายในช่วง2 ≤ A ≤ 270หมายความว่า¹⁶³ Dy, ¹⁹³ Ir, ²⁰⁵ Tl, ²¹⁵ At และ²⁴³ Am ในกลุ่มนิวไคลด์ที่เป็นกลางที่มีเสถียรภาพเบต้าจะไม่มีเสถียรภาพเบต้าในฐานะนิวไคลด์เปล่าอีกต่อไป และจะถูกแทนที่ด้วยนิวไคลด์ลูกสาวของพวกมันคือ¹⁶³ Ho, ¹⁹³ Pt, ²⁰⁵ Pb, ²¹⁵ Rn และ²⁴³ Cm ( มีการสังเกตการสลายตัว β ⁻ของสถานะผูกพัน สำหรับ ¹⁶³ Dy, ²⁰⁵ Tl และคาดการณ์ไว้สำหรับ¹⁹³ Ir, ²¹⁵ At, ²⁴³ Am) ^{[ 17 ]} 

การสลายตัวแบบเบตาโดยทั่วไปทำให้ไอโซบาร์สลายตัวไปทางไอโซบาร์ที่มีมวลน้อยที่สุด (ซึ่งมักจะเป็นไอโซบาร์ที่มีพลังงานยึดเหนี่ยวสูงสุด แต่ไม่เสมอไป) ที่มีเลขมวลเท่ากัน ไอโซบาร์ที่มีเลขอะตอมต่ำกว่าและจำนวนนิวตรอนสูงกว่าไอโซบาร์ที่มีมวลน้อยที่สุดจะเกิดการสลายตัวแบบเบตาลบในขณะที่ไอโซบาร์ที่มีเลขอะตอมสูงกว่าและจำนวนนิวตรอนต่ำกว่าจะเกิด การสลายตัว แบบเบตาบวกหรือการจับอิเล็กตรอน

อย่างไรก็ตาม มีนิวไคลด์คี่-คี่จำนวนเล็กน้อยอยู่ระหว่างไอโซบาร์คู่-คู่ที่เสถียรต่อการสลายตัวแบบเบตา ซึ่งส่วนใหญ่จะสลายตัวไปเป็น ไอโซบาร์ที่มีมวล มากกว่าของไอโซบาร์ที่เสถียรต่อการสลายตัวแบบเบตาทั้งสองนั้น ตัวอย่างเช่น^40Kอาจเกิดการจับอิเล็กตรอนหรือการปล่อยโพซิตรอนไปเป็น^40Arหรือเกิดการสลายตัวแบบเบตาลบไปเป็น^40Caซึ่งทั้งสองผลิตภัณฑ์ที่เป็นไปได้นั้นเสถียรต่อการสลายตัวแบบเบตา กระบวนการแรกจะสร้างไอโซบาร์ที่เบากว่าของไอโซบาร์ที่เสถียรต่อการสลายตัวแบบเบตา แต่กระบวนการหลังนั้นพบได้บ่อยกว่า

• มวลไอโซโทปจาก:
  • Kondev, FG; Wang, M.; Huang, WJ; Naimi, S.; Audi, G. (2021). "การประเมินคุณสมบัตินิวเคลียร์ NUBASE2020" (PDF) . Chinese Physics C . 45 (3) 030001. doi : 10.1088/1674-1137/abddae .