Электронный захват - Electron capture

Эта статья о режиме радиоактивного распада. Для метода фрагментации, используемого в масс-спектрометрии, см. Ионизация электронного захвата. Для детектора, используемого в газовой хроматографии, см. Диссоциация с захватом электронов.

Схема двух типов электронного захвата. верхний: Ядро поглощает электрон. Нижний левый: Внешний электрон заменяет «отсутствующий» электрон. Испускается рентгеновский луч, энергия которого равна разности двух электронных оболочек. Нижний правый: В эффекте Оже энергия, поглощенная, когда внешний электрон заменяет внутренний электрон, передается внешнему электрону. Внешний электрон выбрасывается из атома, оставляя положительный ион.

Электронный захват (K-захват электронов, также K-захват, или L-электронный захват, L-захват) представляет собой процесс, в котором богатое протонами ядро ​​электрически нейтрального атом поглощает внутренний атом электрон, обычно из K или L электронные оболочки. Таким образом, этот процесс изменяет ядерную протон в нейтрон и одновременно вызывает выброс электронное нейтрино.


п
   +  
е−
     →    
п
   +  
ν
е

Поскольку это единственное испускаемое нейтрино несет в себе все энергия распада, он имеет эту единственную характеристическую энергию. Точно так же импульс испускания нейтрино заставляет дочерний атом отскочить с одним характерным импульсом.

Результирующий дочерний нуклид, если он находится в возбужденное состояние, затем переходит к своему основное состояние. Обычно гамма-луч испускается во время этого перехода, но девозбуждение ядра также может происходить внутренняя конверсия.

После захвата внутреннего электрона из атома внешний электрон заменяет захваченный электрон, и один или несколько характеристический рентген фотоны испускаются в этом процессе. Электронный захват иногда также приводит к Эффект оже, где электрон выбрасывается из электронной оболочки атома из-за взаимодействий между электронами атома в процессе поиска электронного состояния с более низкой энергией.

После захвата электрона атомный номер уменьшается на единицу, количество нейтронов увеличивается на единицу, и нет изменения массовое число. Простой захват электрона сам по себе приводит к нейтральному атому, поскольку потеря электрона в электронная оболочка уравновешивается потерей положительного ядерного заряда. Однако положительный атомный ион может быть результатом дальнейшей эмиссии электронов Оже.

Электронный захват - пример слабое взаимодействие, одна из четырех основных сил.

Электронный захват является основным режим распада для изотопы с относительным избытком протоны в ядро, но с недостаточной разницей в энергии между изотопом и его предполагаемой дочерней ( изобара одним меньше положительный заряд ) для распада нуклида с испусканием позитрон. Электронный захват всегда является альтернативным режимом распада для радиоактивный изотопы, которые делать иметь достаточно энергии, чтобы распадаться позитронное излучение. Захват электронов иногда включается в бета-распад,[1] потому что основной ядерный процесс, опосредованный слабым взаимодействием, тот же самый. В ядерная физика, бета-распад - это тип радиоактивный распад в котором бета-луч (быстрый энергичный электрон или позитрон) и нейтрино испускаются из ядра атома. захват электрона иногда называют обратный бета-распад, хотя этот термин обычно относится к взаимодействию электронный антинейтрино с протоном.[2]

Если разница в энергии между родительским атомом и дочерним атомом меньше 1,022МэВ, эмиссия позитронов запрещена как недостаточно энергия распада доступен, чтобы разрешить это, и, таким образом, захват электронов является единственным способом распада. Например, рубидий-83 (37 протонов, 46 нейтронов) распадутся на криптон-83 (36 протонов, 47 нейтронов) исключительно за счет захвата электронов (разность энергий или энергия распада составляет около 0,9 МэВ).

История

Теория электронного захвата впервые была обсуждена Джан-Карло Вик в статье 1934 года, а затем разработан Хидеки Юкава и другие. Захват K-электронов был впервые обнаружен Луис Альварес, в Ванадий, 48
V
, о котором он сообщил в 1937 году.[3][4][5] Альварес продолжил изучение захвата электронов в Галлий (67
Ga
) и другие нуклиды.[3][6][7]

Детали реакции

Диаграммы Фейнмана ЕС ведущего порядка
Ведущий порядок Диаграммы Фейнмана для захват электронов распад. An электрон взаимодействует с вверх кварк в ядре через W-бозон создать вниз кварк и электронное нейтрино. Две диаграммы составляют ведущий (второй) порядок, хотя как виртуальная частица, тип (и заряд) W-бозона неотличимы.

Захваченный электрон - это один из собственных электронов атома, а не новый входящий электрон, как можно предположить из того, как записываются приведенные выше реакции. Вот несколько примеров захвата электронов:

26
13Al
   		+  
е−
     →       		26
12Mg
   		+  
ν
е
59
28Ni
   		+  
е−
     →       		59
27Co
   		+  
ν
е
40
19K
   		+  
е−
     →       		40
18Ar
   		+  
ν
е

Радиоактивные изотопы, распадающиеся за счет чистого захвата электронов, могут быть заблокированы от радиоактивного распада, если они полностью ионизированный (для описания таких ионов иногда используется термин «очищенный»). Предполагается, что такие элементы, если они образованы r-процесс во взрыве сверхновые, выбрасываются полностью ионизированными и поэтому не подвергаются радиоактивному распаду, пока не сталкиваются с электронами в космическом пространстве. Считается, что аномалии в распределении элементов[кем? ] частично быть результатом этого влияния на захват электронов. Обратные распады также могут быть вызваны полной ионизацией; например, 163
Хо
 распадается на 163
Dy
 электронным захватом; однако полностью ионизированный 163
Dy
 распадается в связанное состояние 163
Хо
 в процессе связанное состояние β− распад.[8]

Химические связи также может влиять на скорость захвата электронов в небольшой степени (обычно менее 1%) в зависимости от близости электронов к ядру. Например, в 7Be, разница между периодами полураспада в металлической и изолирующей средах составляет 0,9%.[9] Этот относительно большой эффект обусловлен тем фактом, что бериллий представляет собой небольшой атом, в котором используются валентные электроны, расположенные близко к ядру, а также на орбиталях без орбитального углового момента. Электроны в s орбитали (независимо от оболочки или первичного квантового числа), имеют вероятностную пучность в ядре и, таким образом, гораздо более подвержены захвату электронов, чем п или d электроны, которые имеют узел вероятности на ядре.

Вокруг элементов в середине периодическая таблица, изотопы, которые легче стабильных изотопов того же элемента, имеют тенденцию распадаться через захват электронов, а изотопы тяжелее стабильных распадаются на электронная эмиссия. Захват электронов чаще всего происходит в более тяжелых элементах с дефицитом нейтронов, где изменение массы минимально, а испускание позитронов не всегда возможно. Когда потеря массы в ядерной реакции больше нуля, но меньше 2m ​​[0-1e-],[требуется разъяснение ] процесс не может происходить за счет эмиссии позитронов, но происходит спонтанно при захвате электронов.

Общие примеры

Некоторые распространенные радиоизотопы, которые распадаются исключительно за счет электронного захвата, включают:

Полный список см. таблица нуклидов.

использованная литература

  1. ^ Cottingham, W.N .; Гринвуд, Д.А. (1986). Введение в ядерную физику. Издательство Кембриджского университета. п.40. ISBN  978-0-521-31960-7.
  2. ^ «Эксперименты Рейнса-Коуэна: обнаружение полтергейста» (PDF). Лос-Аламосская национальная лаборатория. 25: 3. 1997.
  3. ^ а б Альварес, Луис В .; Троуэр, В. Питер (1987). «Глава 3: Захват K-электронов ядрами». Открытие Альвареса: Избранные работы Луиса В. Альвареса с комментариями его учеников и коллег. Сегре, Эмилио (комментарий). Издательство Чикагского университета. С. 11–12. ISBN  978-0-226-81304-2 - через archive.org.
  4. ^ "Луис Альварес, биография". Нобелевская премия. Нобелевская премия по физике 1968 г.. Получено 7 октября 2009.
  5. ^ Альварес, Луис В. (1937). «Ядерный захват электронов K». Физический обзор. 52: 134–135. Bibcode:1937ПхРв ... 52..134А. Дои:10.1103 / PhysRev.52.134.
  6. ^ Альварес, Луис В. (1937). «Электронный захват и внутреннее преобразование в галлии 67». Физический обзор. 53: 606. Bibcode:1938ПхРв ... 53..606А. Дои:10.1103 / PhysRev.53.606.
  7. ^ Альварес, Луис В. (1938). «Захват орбитальных электронов ядрами». Физический обзор. 54: 486–497. Bibcode:1938ПхРв ... 54..486А. Дои:10.1103 / PhysRev.54.486.
  8. ^ Бош, Фриц (1995). "Манипулирование временем жизни ядер в кольцах для хранения" (PDF). Physica Scripta. T59: 221–229. Bibcode:1995ФСТ ... 59..221Б. Дои:10.1088 / 0031-8949 / 1995 / t59 / 030. Архивировано из оригинал (PDF) на 2013-12-26.
  9. ^ Ван, Б .; и другие. (2006). "Изменение 7Период полураспада электрона в металлических средах ». Европейский физический журнал A. 28: 375–377. Bibcode:2006EPJA ... 28..375 Вт. Дои:10.1140 / epja / i2006-10068-х.

внешние ссылки