อนุภาคเบตาหรือที่เรียกว่ารังสีเบตาหรือรังสีเบตา (สัญลักษณ์β ) คือ อิเล็กตรอนหรือโพซิตรอนพลังงานสูงความเร็วสูงที่ปล่อยออกมาจากการสลายตัวของนิวเคลียส อะตอมกัมมันตรังสี ซึ่งเรียกว่าการสลายตัวแบบเบตา การสลายตัวแบบเบตามีสองรูปแบบ คือ การสลายตัวแบบ β ⁻และการสลายตัวแบบ β ⁺ซึ่งผลิตอิเล็กตรอนและโพซิตรอนตามลำดับ^{[ 2 ]}

อนุภาคเบตาที่มีพลังงาน 0.5 MeV มีระยะการเดินทางในอากาศประมาณหนึ่งเมตร และไม่สามารถทะลุผ่านเสื้อผ้าหรือแผ่นโลหะบางๆ ได้ ระยะทางขึ้นอยู่กับพลังงานของอนุภาคความหนาแน่นและองค์ประกอบ ของอากาศ

อนุภาคเบตาเป็น รังสีชนิดหนึ่ง ที่ก่อให้เกิดการแตกตัวเป็นไอออน และเพื่อ วัตถุประสงค์ใน การป้องกันรังสี อนุภาคเบตาถือว่ามีฤทธิ์ในการแตกตัวเป็นไอออนมากกว่ารังสีแกมมาแต่มีฤทธิ์น้อยกว่าอนุภาคอัลฟา ยิ่งมีฤทธิ์ในการแตก ตัวเป็นไอออนสูงเท่าไร ความเสียหายต่อเนื้อเยื่อที่มีชีวิตก็จะยิ่งมากขึ้นเท่านั้น แต่พลังในการทะลุทะลวงของรังสีผ่านสสารก็จะยิ่งลดลงด้วย ฤทธิ์ในการแตกตัวเป็นไอออนของอนุภาคเบตาเกิดจากการที่อนุภาคไปชนอิเล็กตรอนออกจากวงโคจรโดยแรงไฟฟ้าสถิตหรือการถ่ายโอนพลังงานจากอนุภาคเบตาไปยังอิเล็กตรอนโดยการชนกัน อนุภาคเบตาจะสร้างคู่ไอออนประมาณ 100 คู่ต่อลูกบาศก์เซนติเมตรในอากาศ ซึ่งหมายถึงไอออนหนึ่งตัวและอิเล็กตรอนที่ถูกปล่อยออกมาหนึ่งตัว

นิวเคลียสอะตอมที่ไม่เสถียรซึ่งมีนิวตรอน มากเกินไป อาจเกิดการสลายตัวแบบ β− ^โดยที่นิวตรอนจะถูกเปลี่ยนเป็นโปรตอนอิเล็กตรอน และแอนตินิวตริโนอิเล็กตรอน ( อนุภาคปฏิปักษ์ของนิวตริโน ):

n → p + e⁻+ ν_อี

กระบวนการนี้เกิดขึ้นโดยอาศัยอันตรกิริยาแบบอ่อนนิวตรอนเปลี่ยนเป็นโปรตอนผ่านการปล่อยโบซอนเสมือนW⁻ ออกมา ในระดับควาร์ก^{การ ปล่อย W⁻}จะเปลี่ยนควาร์กดาวน์ให้เป็นควาร์กอัพ ทำให้นิวตรอน (ควาร์กอัพ 1 ตัวและควาร์กดาวน์ 2 ตัว) กลายเป็นโปรตอน (ควาร์กอัพ 2 ตัวและควาร์กดาวน์ 1 ตัว) จากนั้นโบซอนเสมือน W⁻ ^จะสลายตัวเป็นอิเล็กตรอนและแอนตินิวตริโน

การสลายตัวแบบเบตา (β− decay) มักเกิดขึ้นในกลุ่ม ผลพลอยได้จากการแตกตัวของนิวเคลียสที่มีนิวตรอนมากซึ่งเกิดขึ้นในเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ นิวตรอนอิสระก็สลายตัวผ่านกระบวนการนี้เช่นกัน กระบวนการทั้งสองนี้มีส่วนทำให้เกิดรังสีเบตาและแอนตินิวตริโนอิเล็กตรอนจำนวนมากที่ผลิตจากแท่งเชื้อเพลิงของเครื่องปฏิกรณ์แบบแตกตัวของนิวเคลียส

นิวเคลียสอะตอมที่ไม่เสถียรซึ่งมีโปรตอนมากเกินไปอาจเกิดการสลายตัวแบบ β ⁺หรือที่เรียกว่าการสลายตัวแบบโพซิตรอน ซึ่งโปรตอนจะถูกเปลี่ยนเป็นนิวตรอนโพซิตรอนและนิ วตริโนอิเล็กตรอน

p → n + e⁺+ ν_อี

การสลายตัวแบบเบตาพลัสจะเกิดขึ้นได้ภายในนิวเคลียสก็ต่อเมื่อค่าสัมบูรณ์ของพลังงานยึดเหนี่ยวของนิวเคลียสลูกมีค่ามากกว่าของนิวเคลียสแม่ กล่าวคือ นิวเคลียสลูกอยู่ในสถานะพลังงานต่ำกว่า

แผนภาพแสดงการสลายตัวแบบเบตาของซีเซียม-137 137Cs มีลักษณะเด่นคือมีพีคแกมมาที่ 661 keV แต่แท้จริงแล้วพีคนี้ถูกปล่อยออกมาจากนิวไคลด์กัมมันตรังสีลูกสาว^{137mBa แผนภาพ}แสดงชนิดและพลังงานของรังสีที่ปล่อยออกมา ความอุดมสมบูรณ์สัมพัทธ์ และนิวไคลด์ลูกสาวหลังการสลายตัว

ฟอสฟอรัส-32เป็นตัวปล่อยเบต้าที่ใช้กันอย่างแพร่หลายในทางการแพทย์ มีครึ่งชีวิตสั้นเพียง 14.29 วัน^{[ 3 ]}และสลายตัวเป็นซัลเฟอร์-32 โดยการสลายตัวแบบเบต้าดังแสดงในสมการนิวเคลียร์นี้:

32 15พี

→

32 16เอส1+

+

อี−

+

νอี

พลังงาน1.709  MeV ถูกปล่อยออกมาในระหว่างการสลายตัว ^{[ 3 ]}พลังงานจลน์ของอิเล็กตรอนแปรผันโดยเฉลี่ยประมาณ 0.5 MeV และพลังงานที่เหลือจะถูกส่งผ่านโดยแอนตินิวตริโนอิเล็กตรอน ที่ตรวจจับได้ยากมาก เมื่อเปรียบเทียบกับนิวไคลด์ที่ปล่อยรังสีเบตาอื่นๆ อิเล็กตรอนมีพลังงานปานกลาง มันถูกกั้นโดยอากาศประมาณ 1 เมตรหรือ กระจกอะคริลิก 5 มิลลิเมตร

ในบรรดารังสีสามประเภทที่ปล่อยออกมาจากวัสดุกัมมันตรังสี ได้แก่อัลฟาเบตา และแกมมา รังสีเบตามีอำนาจทะลุทะลวงปานกลางและอำนาจการแตกตัวเป็นไอออนปานกลาง แม้ว่าอนุภาคเบตาที่ปล่อยออกมาจากวัสดุกัมมันตรังสีต่างชนิดกันจะมีพลังงานแตกต่างกัน แต่โดยส่วนใหญ่แล้วอนุภาคเบตาสามารถหยุดได้ด้วยอะลูมิเนียม บางๆ เพียงไม่กี่มิลลิเมตร อย่างไรก็ตาม นี่ไม่ได้หมายความว่าไอโซโทปที่ปล่อยรังสีเบตาจะถูกป้องกันได้อย่างสมบูรณ์ด้วยแผ่นป้องกันที่บางเช่นนั้น เพราะเมื่ออิเล็กตรอนเบตาชะลอตัวลงในสสาร พวกมันจะปล่อยรังสีแกมมาทุติยภูมิออกมา ซึ่งมีอำนาจทะลุทะลวงมากกว่ารังสีเบตาเอง การป้องกันที่ประกอบด้วยวัสดุที่มีน้ำหนักอะตอมต่ำกว่าจะสร้างรังสีแกมมาที่มีพลังงานต่ำกว่า ทำให้แผ่นป้องกันดังกล่าวมีประสิทธิภาพต่อหน่วยมวลมากกว่าแผ่นป้องกันที่ทำจากอะตอมขนาดใหญ่ เช่น ตะกั่ว

รังสีเบตาประกอบด้วยอนุภาคที่มีประจุ จึงมีฤทธิ์ในการแตกตัวเป็นไอออนมากกว่ารังสีแกมมา เมื่อเคลื่อนที่ผ่านสสาร อนุภาคเบตาจะถูกชะลอความเร็วลงด้วยปฏิกิริยาทางแม่เหล็กไฟฟ้า และอาจปล่อยรังสีเอกซ์เบร็มส์ตรั ล ลิง ออกมาได้

ในน้ำ รังสีเบตาจากผลิตภัณฑ์ฟิสชันนิวเคลียร์ หลายชนิด มักมีความเร็วเกินความเร็วแสงในวัสดุนั้น (ซึ่งประมาณ 75% ของความเร็วแสงในสุญญากาศ) ^{[ 4 ]}และทำให้เกิดรังสีเชเรนคอฟ สีน้ำเงิน เมื่อผ่านน้ำ รังสีเบตาที่เข้มข้นจากแท่งเชื้อเพลิงของเครื่องปฏิกรณ์แบบสระว่ายน้ำจึงสามารถมองเห็นได้ผ่านน้ำใสที่ปกคลุมและป้องกันเครื่องปฏิกรณ์ (ดูภาพประกอบด้านขวา)

ผลกระทบจากการแตกตัวเป็นไอออนหรือการกระตุ้นของอนุภาคเบตาต่อสสาร เป็นกระบวนการพื้นฐานที่เครื่องมือตรวจวัดรังสีใช้ในการตรวจจับและวัดรังสีเบตา การแตกตัวเป็นไอออนของก๊าซถูกนำไปใช้ในห้องไอออนและเครื่องนับไกเกอร์-มุลเลอร์และการกระตุ้นของสารเรืองแสงถูกนำไปใช้ในเครื่องนับการเรืองแสงตารางต่อไปนี้แสดงปริมาณรังสีในหน่วย SI และหน่วยที่ไม่ใช่ SI:

• เกรย์ (Gy) เป็นหน่วย SI ของปริมาณรังสีที่ถูกดูดซับซึ่งเป็นปริมาณพลังงานรังสีที่สะสมอยู่ในวัสดุที่ได้รับรังสี สำหรับรังสีเบตา ค่านี้จะเท่ากับปริมาณรังสีเทียบเท่าที่วัดได้ด้วยหน่วยซีเวอร์ตซึ่งบ่งชี้ถึงผลกระทบทางชีวภาพแบบสุ่มของรังสีในระดับต่ำต่อเนื้อเยื่อของมนุษย์ ปัจจัยการแปลงค่าถ่วงน้ำหนักรังสีจากปริมาณรังสีที่ถูกดูดซับเป็นปริมาณรังสีเทียบเท่าคือ 1 สำหรับรังสีเบตา ในขณะที่อนุภาคอัลฟามีปัจจัย 20 ซึ่งสะท้อนถึงผลกระทบในการแตกตัวเป็นไอออนที่มากกว่าของอนุภาคอัลฟาต่อเนื้อเยื่อ
• แรด(rad)เป็น หน่วย CGS ที่เลิกใช้แล้ว สำหรับปริมาณรังสีที่ถูกดูดซับ และเรม (rem)เป็น หน่วย CGS ที่เลิกใช้แล้ว สำหรับปริมาณรังสีเทียบเท่า ซึ่งส่วนใหญ่ใช้ในสหรัฐอเมริกา

พลังงานที่บรรจุอยู่ในอนุภาคเบตาแต่ละตัวจะถูกวัดผ่านสเปกโตรเมตรีเบตาการศึกษาการกระจายพลังงานที่ได้ในรูปแบบสเปกตรัมเรียกว่าสเปกโตรสโคปีเบตาการหาค่าพลังงานนี้ทำได้โดยการวัดปริมาณการเบี่ยงเบนของเส้นทางอิเล็กตรอนภายใต้สนามแม่เหล็ก^{[ 5 ]}

อนุภาคเบต้าสามารถใช้ในการรักษาโรคต่างๆ เช่นมะเร็งตาและมะเร็งกระดูกและยังใช้เป็นสารติดตามได้อีกด้วยสตรอนเทียม-90เป็นวัสดุที่นิยมใช้มากที่สุดในการผลิตอนุภาคเบต้า

อนุภาคเบตาถูกนำมาใช้ในการควบคุมคุณภาพเพื่อทดสอบความหนาของผลิตภัณฑ์ เช่นกระดาษที่ผ่านระบบลูกกลิ้ง รังสีเบตาบางส่วนจะถูกดูดซับขณะผ่านผลิตภัณฑ์ หากผลิตภัณฑ์มีความหนาหรือบางเกินไป ปริมาณรังสีที่ถูกดูดซับก็จะแตกต่างกัน จากนั้นโปรแกรมคอมพิวเตอร์ที่ตรวจสอบคุณภาพของกระดาษที่ผลิตแล้วจะขยับลูกกลิ้งเพื่อเปลี่ยนความหนาของผลิตภัณฑ์ขั้นสุดท้าย

อุปกรณ์ให้แสงสว่างที่เรียกว่าเบตาไลท์ประกอบด้วยทริเทียมและสารเรืองแสงเมื่อทริเทียมสลายตัวมันจะปล่อยอนุภาคเบตาออกมา อนุภาคเหล่านี้จะไปกระทบกับสารเรืองแสง ทำให้สารเรืองแสงปล่อยโฟ ตอนออกมา คล้ายกับหลอดภาพในโทรทัศน์ การให้แสงสว่างนี้ไม่จำเป็นต้องใช้พลังงานภายนอก และจะให้แสงสว่างต่อไปตราบเท่าที่ทริเทียมยังคงอยู่ (และสารเรืองแสงเองไม่เปลี่ยนแปลงทางเคมี) ปริมาณแสงที่ผลิตได้จะลดลงเหลือครึ่งหนึ่งของปริมาณเดิมใน 12.32 ปี ซึ่งเป็นครึ่งชีวิตของทริเทียม

การสลายตัว แบบเบตาพลัส (หรือโพซิตรอน ) ของไอโซโทปรังสีที่ใช้เป็นตัวติดตาม เป็นแหล่งกำเนิดของโพซิตรอนที่ใช้ในการตรวจเอกซเรย์คอมพิวเตอร์แบบปล่อยโพซิตรอน (PET scan)

ขณะที่อองรี เบคเคอเรลกำลังทดลองเกี่ยวกับฟลูออเรสเซนส์เขาบังเอิญค้นพบว่ายูเรเนียมทำให้ แผ่น ฟิล์มถ่ายภาพที่ห่อด้วยกระดาษสีดำได้รับรังสี บางชนิดที่ไม่ทราบที่มา ซึ่ง ไม่ สามารถปิดได้เหมือนรังสีเอ็กซ์

เออร์เนสต์ รัทเทอร์ฟอร์ดได้ทำการทดลองเหล่านี้ต่อไปและค้นพบรังสีสองชนิดที่แตกต่างกัน:

• อนุภาคอัลฟาที่ไม่ปรากฏบนแผ่นเบคเคอเรลเนื่องจากถูกดูดซับได้ง่ายโดยกระดาษห่อสีดำ
• อนุภาคเบตาซึ่งมีอำนาจทะลุทะลวงมากกว่าอนุภาคอัลฟาถึง 100 เท่า

เขาเผยแพร่ผลลัพธ์ของเขาในปี พ.ศ. 2442 ^{[ 6 ]}

ในปี ค.ศ. 1900 เบคเคอเรลได้วัดอัตราส่วนมวลต่อประจุ ( m / e ) ของอนุภาคเบตาโดยใช้วิธีของเจ.เจ. ทอมสันซึ่งใช้ในการศึกษารังสีแคโทดและระบุอิเล็กตรอน เขาพบว่าe / mของอนุภาคเบตาเท่ากับของอิเล็กตรอนที่ทอมสันคำนวณได้ ดังนั้นเขาจึงเสนอว่าอนุภาคเบตาแท้จริงแล้วคืออิเล็กตรอน

ในปี พ.ศ. 2491 คู่สามีภรรยาMaurice GoldhaberและGertrude Scharff Goldhaberได้คิดค้นการทดลองเพื่อยืนยันเพิ่มเติมว่าอนุภาคเบตาเหมือนกับอิเล็กตรอนโดยอาศัยหลักการกีดกันของ Pauli พวกเขายิงลำแสงอนุภาคเบตาไปยังตัวอย่างตะกั่ว หากอนุภาคเบตาแตกต่างจากอิเล็กตรอน อนุภาคเบตาจะใช้วงโคจรร่วมกันและปล่อยรังสีเอกซ์ที่มีความถี่เฉพาะเมื่อพวกมันเคลื่อนตัวไปยังวงโคจรที่ต่ำกว่า การปล่อยรังสีนี้ไม่เกิดขึ้น ซึ่งหมายความว่าอนุภาคเบตาไม่สามารถใช้วงโคจรร่วมกันได้เนื่องจากหลักการกีดกันระหว่างอนุภาคที่เหมือนกัน^{[ 7 ]}

อนุภาคเบต้าสามารถแทรกซึมเข้าไปในเนื้อเยื่อที่มีชีวิตได้ในระดับปานกลาง และสามารถก่อให้เกิดการกลายพันธุ์ในดีเอ็นเอ ได้เอง โดย ธรรมชาติ

แหล่งกำเนิดรังสีเบต้าสามารถนำมาใช้ในการรักษาด้วยรังสีเพื่อฆ่าเซลล์มะเร็งได้

• ตัวปล่อยเบต้าทั่วไป
• การฉายรังสีอิเล็กตรอน
• ฟิสิกส์อนุภาค
• รังสี n (นิวตรอน)
• รังสีเดลต้า (δ)

• กัมมันตภาพรังสีและรังสีอัลฟา เบตา แกมมา และเอ็กซ์เรย์
• รังสีและอนุภาค (การบรรยายที่มหาวิทยาลัยเวอร์จิเนีย)
• ประวัติความเป็นมาของรังสีถูกเก็บถาวรเมื่อวันที่ 6 พฤษภาคม 2017 ที่Wayback Machineของมหาวิทยาลัยรัฐไอดาโฮ
• ข้อมูลวิทยาศาสตร์นิวเคลียร์พื้นฐานถูกเก็บถาวรเมื่อวันที่ 5 ธันวาคม 2006 ที่Wayback Machineณ ห้องปฏิบัติการแห่งชาติลอว์เรนซ์เบิร์กลีย์