Beta-Zerfall ist eine Form des radioaktiven Zerfalls, bei der der Kern eines Atoms eine Veränderung erfährt, die dazu führt, dass er ein Beta-Teilchen emittiert. Die anderen Arten des radioaktiven Zerfalls sind der Alpha-Zerfall und der Gamma-Zerfall. Beta-Zerfall ist nicht nur ein Thema von allgemeinem wissenschaftlichem Interesse, sondern hat eine Reihe praktischer Anwendungen, insbesondere in der Medizin, wo Beta-Partikel manchmal verwendet werden, um Tumore zu verkleinern oder abzutöten. Beta-Zerfall kann auch in medizinischen Bildgebungsstudien als Tracer verwendet werden.
Atome unterliegen einem Betazerfall, wenn sie instabil sind, weil sie zu viele Neutronen oder zu viele Protonen haben. Um sich zu stabilisieren, werden die überschüssigen Neutronen oder Protonen umgewandelt, was Masse spart und den Kern stabiler macht. Dabei verwandelt sich das Atom auch in ein anderes Element, denn während die Gesamtzahl der Teilchen im Kern gleich bleibt, ändert sich das Verhältnis von Protonen und Neutronen.
Beim Beta-Minus-Zerfall wird ein überschüssiges Neutron zu einem Proton, und der Kern emittiert ein Elektron und ein Antineutrino. Das Elektron ist das Betateilchen, während
das Antineutrino ist ein Teilchen mit einigen ungewöhnlichen Eigenschaften. Die Existenz von Neutrinos und Antineutrinos wurde bereits in den 1930er Jahren postuliert, aber erst in den 1950er Jahren konnten Forscher die Existenz solcher Teilchen nachweisen. Drei Neutrino-Geschmacksrichtungen wurden zusammen mit entsprechenden Antineutrinos identifiziert. (Und ja, „Geschmack“ ist ein Fachbegriff in der weiten Welt der Teilchenphysik.)
Beim Beta-Plus-Zerfall eines Kerns wird ein Proton in ein Neutron umgewandelt, wobei der Kern ein Positron und ein Neutrino emittiert. Beta-Teilchen können, wie dargestellt, Elektronen oder Positronen sein, je nachdem, ob ein Kern einen Beta-Minus- oder Beta-Plus-Zerfall durchläuft. Bevor Forscher erkannten, dass Beta-Teilchen nur Elektronen oder Positronen waren, bezeichneten sie diese Teilchen als „Beta-Strahlen“, weshalb einige antiquierte Texte Hinweise auf Beta-Strahlen enthalten.
Ein Beta-Teilchen hat mehr Durchschlagskraft als ein Alpha-Teilchen, aber weniger als ein Gamma-Teilchen. Beta-Partikel können mit einem dicken Blech, einer großen Lufttasche oder mehreren Blättern Papier gestoppt werden. Dies macht es relativ sicher, sie zu umgehen, solange Sicherheitsvorkehrungen getroffen werden, wenn sich Personen in der Nähe von Elementen befinden, die einem Betazerfall unterliegen.
Wie Alpha-Teilchen können Beta-Teilchen jedoch verheerende Auswirkungen haben, wenn sie in den Körper gelangen. Manchmal wird diese Eigenschaft zum Vorteil genutzt, beispielsweise wenn radioaktive Elemente in den Körper eingebracht werden, um einen Krebs zu behandeln. In Fällen, in denen Beta-Partikel jedoch nicht absichtlich eingeführt werden, können sie die Körperzellen schädigen oder sogar zu reproduktiven Gesundheitsproblemen führen, indem sie die Ei- und Samenzellen stören.