Beta-sönderfall är en form av radioaktivt sönderfall där kärnan i en atom genomgår en förändring som gör att den avger en beta-partikel. De andra typerna av radioaktivt sönderfall är alfa-sönderfall och gamma-sönderfall. Förutom att vara ett ämne av allmänt vetenskapligt intresse har beta-sönderfall ett antal praktiska tillämpningar, särskilt inom medicinområdet, där beta-partiklar ibland används för att krympa eller döda tumörer. Beta-sönderfall kan också användas i medicinska avbildningsstudier som ett spårämne.
Atomer genomgår beta-sönderfall när de är instabila eftersom de har för många neutroner eller för många protoner. För att stabilisera sig omvandlas överskottet av neutroner eller protoner, vilket bevarar massa och gör kärnan mer stabil. I processen förändras atomen också till ett annat grundämne, för medan det totala antalet partiklar i kärnan förblir detsamma, förändras balansen mellan protoner och neutroner.
Vid beta-minus-sönderfall blir ett överskott av neutron till en proton, och kärnan avger en elektron och en antineutrino. Elektronen är beta-partikeln, medan
antineutrino är en partikel med några ovanliga egenskaper. Förekomsten av neutriner och antineutrinos ansågs redan på 1930-talet, men det var inte förrän på 1950-talet som forskare kunde bevisa förekomsten av sådana partiklar. Tre smaker av neutrino har identifierats, tillsammans med motsvarande antineutrinos. (Och ja, ”smak” är en teknisk term inom partikelfysikens vida värld.)
När en kärna genomgår beta plus sönderfall omvandlas en proton till en neutron, varvid kärnan avger en positron och en neutrino. Beta-partiklar kan vara elektroner eller positroner, som illustreras, beroende på om en kärna går igenom beta minus eller beta plus sönderfall. Innan forskarna insåg att beta-partiklar bara var elektroner eller positroner, hänvisade de till dessa partiklar som ”beta-strålar”, vilket är anledningen till att vissa föråldrade texter innehåller referenser till beta-strålar.
En beta-partikel har mer penetrerande kraft än en alfapartikel, men mindre än en gamma-partikel. Beta-partiklar kan stoppas med ett tjockt metallark, en stor luftficka eller flera pappersark. Detta gör dem relativt säkra att arbeta runt, så länge säkerhetsåtgärder iakttas när människor befinner sig i närheten av element som genomgår beta-förfall.
Liksom alfapartiklar kan beta-partiklar dock orsaka förödelse om de kommer in i kroppen. Ibland används denna egenskap med fördel, som när radioaktiva ämnen förs in i kroppen för att behandla en cancer. I fall där beta-partiklar inte introduceras genom design, kan de dock skada kroppens celler eller till och med orsaka reproduktiva hälsoproblem genom att störa ägg- och spermiecellerna.