Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
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. Вверху : ядро ​​поглощает электрон. Внизу слева : внешний электрон заменяет «отсутствующий» электрон. Испускается рентгеновский луч, энергия которого равна разности двух электронных оболочек. Внизу справа : в эффекте Оже энергия, поглощенная, когда внешний электрон заменяет внутренний электрон, передается внешнему электрону. Внешний электрон выбрасывается из атома, оставляя положительный ион.

Захват электронов ( захват K-электронов , также K-захват или L-захват электронов , L-захват ) - это процесс, при котором богатое протонами ядро ​​электрически нейтрального атома поглощает внутренний атомный электрон , обычно из K или L электронные оболочки . Таким образом, этот процесс превращает ядерный протон в нейтрон и одновременно вызывает испускание электронного нейтрино .


п
   +  
е-
     →    
п
   +  
ν
е

Поскольку это единственное испускаемое нейтрино несет всю энергию распада , у него есть эта единственная характерная энергия. Точно так же импульс испускания нейтрино заставляет дочерний атом отскочить с одним характерным импульсом.

Образовавшийся дочерний нуклид , если он находится в возбужденном состоянии , переходит в свое основное состояние . Обычно во время этого перехода излучается гамма-излучение , но девозбуждение ядра также может происходить за счет внутреннего преобразования .

После захвата внутреннего электрона из атома внешний электрон заменяет захваченный электрон, и в этом процессе испускается один или несколько характерных рентгеновских фотонов. Захват электронов иногда также приводит к эффекту Оже , когда 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, а массовое число не изменяется . Простой захват электрона сам по себе приводит к образованию нейтрального атома, поскольку потеря электрона в электронной оболочке уравновешивается потерей положительного заряда ядра. Однако положительный атомный ион может быть результатом дальнейшей эмиссии электронов Оже.

Электронный захват - пример слабого взаимодействия , одной из четырех фундаментальных сил.

Электронный захват является основным типом распада для изотопов с относительным изобилием протонов в ядре , но с недостаточной разностью энергий между изотопом и его предполагаемой дочери (в изобарах с одним менее положительным зарядом ) для нуклида к распаду с испусканием позитрона . Электронный захват всегда альтернативный режим распада для радиоактивных изотопов , которые делают обладают достаточной энергией , чтобы распадаться на позитронах . Электронный захват иногда включается как тип бета - распада , [1]потому что основной ядерный процесс, опосредованный слабым взаимодействием, тот же самый. В ядерной физике бета-распад - это тип радиоактивного распада, при котором бета-луч (быстрый энергичный электрон или позитрон) и нейтрино испускаются из ядра атома. Электронный захват иногда называют обратным бета-распадом , хотя этот термин обычно относится к взаимодействию электронного антинейтрино с протоном. [2]

Если разность энергий между родительским атомом и дочерним атомом меньше 1,022  МэВ , испускание позитронов запрещено, так как энергии распада недостаточно для этого, и, таким образом, захват электронов является единственным режимом распада. Например, рубидий-83 (37 протонов, 46 нейтронов) распадется до криптона-83 (36 протонов, 47 нейтронов) исключительно за счет электронного захвата (разность энергий или энергия распада составляет около 0,9 МэВ).

История [ править ]

Теория захвата электронов была впервые обсуждена Джан-Карло Уиком в статье 1934 года, а затем развита Хидеки Юкавой и другими. Захват K-электронов впервые наблюдал Луис Альварес в Vanadium ,48V, о котором он сообщил в 1937 году. [3] [4] [5] Альварес продолжил изучение электронного захвата в галлии (67Ga) и другие нуклиды. [3] [6] [7]

Детали реакции [ править ]

Диаграммы Фейнмана первого порядка для распада электронного захвата . An электрон взаимодействует с кварк в ядре через W - бозона создать вниз кварк и электронное нейтрино . Две диаграммы составляют главный (второй) порядок, хотя для виртуальной частицы тип (и заряд) W-бозона неразличим.

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   +   νе
59 28Ni   +   е-     →       59 27Co   +   νе
40 19K   +   е-     →       40 18Ar   +   νе

Радиоактивные изотопы, распадающиеся в результате чистого захвата электронов, могут быть заблокированы от радиоактивного распада, если они полностью ионизированы (для описания таких ионов иногда используется термин «очищенный»). Предполагается, что такие элементы, если они образуются в результате r-процесса при взрыве сверхновых , выбрасываются полностью ионизированными и поэтому не подвергаются радиоактивному распаду, пока не сталкиваются с электронами в космическом пространстве. Аномалии в распределении элементов считаются [ кем? ], что частично является результатом этого влияния на захват электронов. Обратные распады также могут быть вызваны полной ионизацией; например,163Хо распадается на 163Dyэлектронным захватом; однако полностью ионизированный163Dy распадается в связанное состояние 163Хопроцессом β - распада связанного состояния . [8]

Химические связи также могут влиять на скорость захвата электронов в небольшой степени (обычно менее 1%) в зависимости от близости электронов к ядру. Например, для 7 Be разница между периодами полураспада в металлической и изолирующей средах составляет 0,9%. [9] Этот относительно большой эффект связан с 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 на s- орбиталях (независимо от оболочки или первичного квантового числа) имеют вероятностную пучность в ядре и, таким образом, гораздо более подвержены захвату электронов, чем p или d электроны, которые имеют узел вероятности на ядре.

Вокруг элементов в середине периодической таблицы изотопы, которые легче стабильных изотопов того же элемента, имеют тенденцию распадаться за счет электронного захвата , в то время как изотопы тяжелее стабильных распадаются за счет электронной эмиссии . 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 пояснение ], процесс не может происходить за счет эмиссии позитронов, но происходит спонтанно при захвате электронов.

Общие примеры [ править ]

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

Полный список см. В таблице нуклидов .

Ссылки [ править ]

  1. ^ Коттингем, WN; 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 года . Проверено 7 октября 2009 года .
  5. ^ Альварес, Луис В. (1937). «Ядерный захват электронов K». Физический обзор . 52 : 134–135. Bibcode : 1937PhRv ... 52..134A . DOI : 10.1103 / PhysRev.52.134 .
  6. ^ Альварес, Луис В. (1937). «Электронный захват и внутреннее преобразование в галлии 67». Физический обзор . 53 : 606. Полномочный код : 1938PhRv ... 53..606A . DOI : 10.1103 / PhysRev.53.606 .
  7. ^ Альварес, Луис В. (1938). «Захват орбитальных электронов ядрами». Физический обзор . 54 : 486–497. Полномочный код : 1938PhRv ... 54..486A . DOI : 10.1103 / PhysRev.54.486 .
  8. Перейти ↑ Bosch, Fritz (1995). "Манипулирование временем жизни ядер в кольцах для хранения" (PDF) . Physica Scripta . T59 : 221-229. Bibcode : 1995PhST ... 59..221B . DOI : 10.1088 / 0031-8949 / 1995 / T59 / 030 . Архивировано из оригинального (PDF) 26 декабря 2013 года.
  9. ^ Ван, Б .; и другие. (2006). «Изменение периода полураспада электронов 7 Be в металлических средах». Европейский физический журнал . 28 : 375–377. Bibcode : 2006EPJA ... 28..375W . DOI : 10.1140 / epja / i2006-10068-х .

Внешние ссылки [ править ]

  • «ЖИВАЯ карта нуклидов» . Секция ядерных данных МАГАТЭ. Вена, Австрия: Международное агентство по атомной энергии . Дата обращения 16 августа 2020 . с фильтром по захвату электронов