Mit Betastrahlung bezeichnet man die Emission von Elektronen beim radioaktiven Zerfall.

(Zur Erinnerung: Elektronen umgeben den positiv geladenen Atomkern und bestimmen das chemische Verhalten des Atoms; sie bewirken auch die Stromleitung in Metallen)

Alle Spaltprodukte, die bei der Kernspaltung (z.B. in einem Kernreaktor) entstehen sind b^--Strahler, da sie einen Neutronenüberschuss in ihrem Atomkern haben. Der kernphysikalische Elementarprozess für einen b^--Zerfall lautet dazu:

n --> p + e^- + n

Das heisst, dass sich im Atomkern ein Neutron (Kernbaustein) in ein Proton (Kernbaustein) umwandelt und dabei ein Elektron und ein Antineutrino emittiert werden. Das besondere dabei ist, dass ein neues Element mit einer um eins höheren Kernladungszahl (Ordnungszahl) entsteht, also ein schwereres Element.

Als man diesen Prozess entdeckte, wurde überall auf der Welt versucht, schwerer Elemente durch diesen Zerfallsprozess zu produzieren. Dabei wollte man vorrangig so schwere Elemente finden, die in unserer Natur nicht mehr vorkommen. Diese Suche, an der sich auch Otto Hahn und Fritz Strassmann beteiligten, führte schließlich zur Entdeckung der Kernspaltung, denn bei den Versuchen aus Uran ein Element mit höherer Kernladungszahl zu bilden, wurde der Kern gespalten und Hahn/Strassmann fanden zu ihrer Verwunderung leichtere Atome.

Abb. 1 zeigt ein b-Spektrum einer Strontium-90 Probe, die mit ihrem Tochter(Zerfalls-) nuklid im radioaktiven Gleichgewicht steht. Aufgenommen wurde dieses Spektrum mittels Flüssigszintillationsspektroskopie. Die niederenergetische b-Strahlung des Strontium-90 (E_b=0,5 MeV, keine gamma Emission) wird teilweise vom kontinuierlichen Spektrum der hochenergetischen b-Strahlung des Yttrium-90 (E_b= 2,3 MeV) überdeckt.

Betastrahlen haben im Gegensatz zur a-und g-Strahlung ein kontinuierliches Energiespektrum von der Energie Null bis zu einer maximalen Energie, E_ßmax, die beispielsweise bei Zerfall der prominentesten Spaltprodukte Cäsium-137 1,2 MeV und Iod-131 0,8 MeV beträgt.

Der Zerfall ist zumeist von g-Strahlung begleitet.

Betastrahlen werden bereits durch geringe Schichtdicken (z. B. 2 cm Kunststoff oder 1 cm Aluminium) vollständig absorbiert. Die Wechselwirkung mit Materie ist dabei wesentlich geringer als bei der a-Strahlung. Bei hochenergetischen Beta-Teilchen kann dabei aber Bremstrahlung (g-Strahlung) entstehen.

Von mehr wissenschaftlichem Interesse ist die Emission von b⁺-Teilchen und der Elektroneneinfang, die beide auch unter dem Oberbegriff Betastrahlung (Beta-Zerfall) zusammengefasst werden. Entsprechende Isotope können durch Kernreaktionen an Beschleunigern erzeugt werden und der Neutronenmangel in ihrem Atomkern wird durch den kernphysikalischen Elementarprozess p --> n + e⁺ + n kompensiert. Dabei entstehen aus einem Proton (Kernbaustein) ein Neutron im Kern und es werden Positronen (Antimaterie zum Elektron) und ein Neutrino emittiert.

Der Nachweis von Neutrino und Antineutrino ist wegen deren extrem geringen Wechselwirkung mit Materie sehr schwierig und gelang erst in den letzten Jahren in sehr aufwendigen Großexperimenten. Diese Teilchen wurden zuvor nur theoretisch vorhergesagt.

Zwei Spezialfälle des b^--Zerfalls, die wissenschaftlich für sehr viel Aufsehen gesorgt haben sind

- der doppelte b^--Zerfall, dies bedeutet die gleichzeitige Emission von zwei Elektronen und zwei Neutrinos, da der einfache Zerfall energetisch nicht möglich ist. Dies wurde 1987 am Selenium-82 erstmals nachgewiesen.

- der gebundene b^--Zerfall. Hierbei verlässt das Elektron nicht das zerfallende Atom, sondern wird von einer inneren Elektronenschale des Tochteratoms eingefangen.