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ベータ粒子（ベータ線またはベータ放射線とも呼ばれる、記号β ）は、原子核の放射性崩壊（ベータ崩壊として知られる）によって放出される高エネルギー、高速の電子または陽電子である。ベータ崩壊には、電子と陽電子をそれぞれ生成するβ−崩壊とβ +崩壊の2つの形態がある。[ 2 ]
エネルギーが0.5MeVのベータ粒子は、空気中での飛程が約1メートルで、衣服や薄い金属板を透過することはできません。飛程は粒子のエネルギー、空気の密度、および組成によって異なります。
ベータ粒子は電離放射線の一種であり、放射線防護の観点からは、ガンマ線よりも電離作用が強く、アルファ粒子よりも電離作用が弱いとみなされます。電離作用が強いほど、生体組織への損傷は大きくなりますが、物質を透過する放射線の透過力は弱くなります。ベータ粒子の電離作用は、静電気力または衝突によるベータ粒子から電子へのエネルギー伝達によって、粒子が電子殻から電子をはじき出すことによって生じます。ベータ粒子は空気中で約100個のイオン対（イオンと放出された電子）を生成します。
中性子が過剰な不安定な原子核はβ崩壊を起こす可能性があり、その過程で中性子は陽子、電子、そして電子反ニュートリノ（ニュートリノの反粒子）に変換される。
この過程は弱い相互作用によって媒介されます。中性子は仮想W⁻ボソンの放出によって陽子に変化します。クォークレベルでは、W⁻ボソンの放出によってダウンクォークがアップクォークに変化し、中性子（アップクォーク1個とダウンクォーク2個）が陽子（アップクォーク2個とダウンクォーク1個）に変化します。その後、仮想W⁻ボソンは電子と反ニュートリノに崩壊します。
β崩壊は、原子炉で生成される中性子過剰な核分裂副生成物の中でよく見られる現象である。自由中性子もこの過程を経て崩壊する。これらの過程はいずれも、核分裂炉の燃料棒から生成される大量のベータ線と電子反ニュートリノの原因となっている。
陽子が過剰に存在する不安定な原子核は、陽子が中性子、陽電子、電子ニュートリノに変換されるβ +崩壊（陽電子崩壊とも呼ばれる）を起こす可能性がある。
ベータプラス崩壊は、娘核の結合エネルギーの絶対値が親核の結合エネルギーの絶対値よりも大きい場合、つまり娘核がより低いエネルギー状態にある場合にのみ、原子核内で起こり得る。
添付の崩壊図は、セシウム137のベータ崩壊を示しています。137Csは661keVに特徴的なガンマ線ピークを示すことで知られています が、これは実際には娘核種である137mBaから放出されるものです。この図は、放出される放射線の種類とエネルギー、相対存在量、および崩壊後の娘核種を示しています。
リン32は、医療分野で広く使用されているベータ線放出核種です。半減期は14.29日と短く[ 3 ] 、次の核反応式に示すようにベータ崩壊によって硫黄32に崩壊します。
崩壊中に1.709 MeVのエネルギーが放出される。 [ 3 ]電子の運動エネルギーは平均約0.5 MeVで変動し、残りのエネルギーはほとんど検出できない電子反ニュートリノによって運ばれる。他のベータ線放出核種と比較すると、電子のエネルギーは中程度である。約1 mの空気または5 mmのアクリルガラスで遮られる。
放射性物質から放出される一般的な放射線はアルファ線、ベータ線、ガンマ線の3種類ですが、ベータ線は中程度の透過力と電離力を持っています。異なる放射性物質から放出されるベータ粒子のエネルギーは異なりますが、ほとんどのベータ粒子は数ミリメートルのアルミニウムで阻止できます。しかし、これはベータ線を放出する同位体がこのような薄い遮蔽材で完全に遮蔽できるという意味ではありません。ベータ電子は物質中で減速する際に二次ガンマ線を放出しますが、ガンマ線はベータ線自体よりも透過力が高いのです。原子量の小さい物質で構成された遮蔽材はエネルギーの低いガンマ線を生成するため、鉛などの原子量の大きい物質で構成された遮蔽材よりも単位質量あたりの遮蔽効果がやや高くなります。
ベータ線は荷電粒子で構成されているため、ガンマ線よりも電離作用が強い。ベータ粒子は物質を通過する際に電磁相互作用によって減速され、制動放射X線を放出することがある。
水中では、多くの核分裂生成物からのベータ線は通常、その物質中の光速（真空中の光速の約75%）を超え[ 4 ] 、そのため水を通過する際に青色のチェレンコフ線を生成します。したがって、プール型原子炉の燃料棒からの強いベータ線は、原子炉を覆い遮蔽する透明な水を通して視覚化することができます（右の図を参照）。
ベータ粒子が物質に及ぼす電離作用または励起作用は、放射線測定装置がベータ線を検出・測定する基本的なプロセスです。イオンチャンバーやガイガー・ミュラーカウンターではガスの電離が、シンチレーターカウンターではシンチレーターの励起が利用されます。以下の表は、SI単位系と非SI単位系における放射線量を示しています。
個々のベータ粒子に含まれるエネルギーはベータスペクトル測定法によって測定され、得られたエネルギー分布をスペクトルとして研究することがベータ分光法である。このエネルギーの決定は、磁場下での電子の軌道の偏向量を測定することによって行われる。[ 5 ]
ベータ粒子は、眼がんや骨がんなどの疾患の治療に用いられるほか、トレーサーとしても利用される。ベータ粒子を生成するために最も一般的に使用される物質はストロンチウム90である。
ベータ粒子は、ローラーシステムを通過する紙などの製品の厚さを検査する品質管理にも使用されます。ベータ線の一部は製品を通過する際に吸収されます。製品が厚すぎたり薄すぎたりすると、それに応じて吸収される放射線の量が異なります。製造された紙の品質を監視するコンピュータープログラムがローラーを動かし、最終製品の厚さを調整します。
ベータライトと呼ばれる照明装置は、トリチウムと蛍光体から構成されています。トリチウムが崩壊するとベータ粒子を放出し、これらの粒子が蛍光体に衝突すると、テレビのブラウン管のように蛍光体から光子が放出されます。この照明は外部電源を必要とせず、トリチウムが存在する限り（そして蛍光体自体が化学的に変化しない限り）点灯し続けます。トリチウムの半減期である12.32年後には、生成される光量は元の値の半分になります。
放射性トレーサー同位体のベータプラス（または陽電子）崩壊は、陽電子放出断層撮影（PETスキャン）で使用される陽電子の発生源である。
アンリ・ベクレルは蛍光の実験中に、黒い紙で包んだ写真乾板に、ウランがX線のように消せない未知の放射線を照射することを偶然発見した。
アーネスト・ラザフォードはこれらの実験を続け、2種類の異なる放射線を発見した。
彼は1899年に研究結果を発表した。[ 6 ]
1900年、ベクレルは陰極線を研究し電子を特定するためにJJトムソンが用いた方法を用いて、ベータ粒子の質量電荷比（m / e ）を測定した。彼はベータ粒子のe /mがトムソンの電子のe / mと同じであることを発見し、したがってベータ粒子は実際には電子であると示唆した。
1948年、モーリス・ゴールドハーバーとガートルード・シャーフ・ゴールドハーバー夫妻は、パウリの排他原理に基づいてベータ粒子が電子と同一であることをさらに確認するための実験を考案した。彼らは鉛のサンプルにベータ粒子のビームを照射した。ベータ粒子が電子と異なる場合、ベータ粒子は軌道を共有し、より低い軌道にカスケードする際に特定の周波数のX線を放出するはずである。この放出は起こらなかったため、同一粒子間の排他原理により、ベータ粒子は軌道を共有できないことがわかった。[ 7 ]
ベータ粒子は生体組織に中程度の浸透力があり、DNAに自然突然変異を引き起こす可能性がある。
ベータ線源は、放射線療法においてがん細胞を死滅させるために使用できる。