2) непрерывный (+)
3) зависит от условий распада
4) зависит от распадающегося ядра
При β-распаде энергия, выделившаяся в результате перехода между ядерными состояниями, распределяется между тремя частицами: электроном или позитроном, нейтрино (при β+-распаде) либо антинейтрино (при β−-распаде), а также дочерним ядром, испытывающим отдачу. Поскольку доля энергии, приходящаяся на лептоны, может изменяться от события к событию, нейтрино формирует непрерывный энергетический спектр — от значений, близких к нулю, до максимальной энергии, определяемой энергетическим выходом распада.
Непрерывность спектра является прямым следствием кинематики трёхчастичного распада, в отличие от двухчастичного перехода, при котором энергии продуктов были бы фиксированными. Максимальная энергия нейтрино зависит от конкретного радионуклида и величины Q-распада, а форма спектра дополнительно определяется ядерными матричными элементами, кулоновским взаимодействием β-частицы с дочерним ядром и типом перехода — разрешённым или запрещённым. Именно необходимость объяснить непрерывный спектр β-частиц и сохранение энергии послужила историческим основанием для гипотезы о существовании нейтрино.
| Процесс или тип перехода | Энергетический спектр нейтрино/продуктов | Физическая причина | Диагностическое или практическое значение |
|---|---|---|---|
| β−-распад | Непрерывный спектр антинейтрино и электрона | Распределение энергии между электроном, антинейтрино и ядром отдачи | Позволяет определять endpoint-энергию и оценивать энергетический выход радионуклида |
| β+-распад | Непрерывный спектр нейтрино и позитрона | Аналогичное трёхчастичное распределение энергии; после аннигиляции позитрона возникают гамма-кванты по 511 кэВ | Используется при характеристике радионуклидов для позитронно-эмиссионной томографии |
| Разрешённый β-переход | Непрерывный спектр с относительно простой формой | Малое изменение орбитального углового момента; спектр корректируется кулоновским фактором Ферми | Применяется для расчёта дозовых характеристик и спектральных распределений |
| Запрещённый β-переход | Непрерывный спектр с изменённой формой | Дополнительный перенос углового момента и паритетные ограничения изменяют shape factor — спектральный форм-фактор | Форма спектра учитывается при точном моделировании радиационного поля и бета-спектрометрии |
| Электронный захват | Спектр нейтрино преимущественно дискретный, с возможными линиями различной энергии | Процесс эффективно является двухчастичным; энергия определяется разностью ядерных уровней и энергией связи захваченного электрона | Отличается от β-распада по характеру нейтринного спектра и сопутствующему рентгеновскому или оже-излучению |
| α-распад | Практически дискретная энергия α-частиц | Двухчастичная кинематика распада с фиксированным распределением энергии между α-частицей и дочерним ядром | Служит физическим примером, противоположным непрерывному β-спектру |
| Гамма-переход ядра | Дискретные энергетические линии | Переход между квантованными ядерными уровнями с испусканием фотона определённой энергии | Используется для идентификации радионуклидов по гамма-спектру |
Непрерывный спектр не означает неопределённость энергетического баланса: суммарная энергия распада сохраняется в каждом событии. Меняется только её распределение между участниками распада, тогда как верхняя граница спектра определяется конкретным ядром. Поэтому вид спектра отражает одновременно кинематику β-распада и структуру ядерного перехода. Для медицинского физика это важно при спектрометрии, расчёте поглощённой дозы и моделировании радиационной защиты.