Elektronisk fångst

Den aktuella versionen av sidan har ännu inte granskats av erfarna bidragsgivare och kan skilja sig väsentligt från versionen som granskades den 8 december 2020; verifiering kräver 1 redigering .

Elektronisk infångning , e - fångning - en av typerna av beta-sönderfall av atomkärnor. Vid elektroninfångning fångar en av protonerna i kärnan en elektron i kretslopp och förvandlas till en neutron och sänder ut en elektronneutrino . Kärnans laddning reduceras då med en. Massantalet för kärnan, som i alla andra typer av beta-sönderfall, ändras inte. Denna process är typisk för kärnor med ett överskott av protoner . Om energiskillnaden mellan förälder- och barnatom (den tillgängliga energin för beta-sönderfall) överstiger 1,022 MeV (dubbla massan av en elektron), konkurrerar elektroninfångning alltid med en annan typ av beta-sönderfall, positronsönderfall . Till exempel omvandlas rubidium-83 till krypton-83 endast via elektroninfångning (tillgänglig energi är cirka 0,9 MeV), medan natrium-22 sönderfaller till neon-22 via både elektroninfångning och positronsönderfall (tillgänglig energi är cirka 2,8 MeV). Ett välkänt och oftast nämnt exempel på elektroninfångning är omvandlingen av kalium-40 till argon med en sannolikhet för denna sönderfallskanal på cirka 10 %.

Eftersom antalet protoner i kärnan (det vill säga kärnladdningen) minskar under elektronfångst, förvandlar denna process kärnan av ett kemiskt element till kärnan av ett annat element som ligger närmare början av det periodiska systemet.

Allmänt schema för elektronisk fångst:

\mathrm {p} ^{+}+\mathrm {e} ^{-}\rightarrow \mathrm {n} +{\nu }_{e}\,.

Några exempel på elektronisk fångst:

\mathrm {{}_{13}^{26}Al} +\mathrm {e} ^{-}\rightarrow \mathrm {{}_{12}^{26}Mg} +{\nu } _{e}\,,

\mathrm {{}_{28}^{59}Ni} +\mathrm {e} ^{-}\rightarrow \mathrm {{}_{27}^{59}Co} +{\nu } _{e}\,.

Processer i elektronskalet

Elektronen fångas upp av kärnan med, som regel, de närmaste elektronskalen till den (i ordningen K, L, M, N, ...), och, allt annat lika, sannolikheten för att fånga en s - elektronen är maximal. Dessutom ökar tätheten av protoner i kärnan med ökande kärnladdning, så elektroninfångning är mer sannolikt för tunga kärnor. Vid elektroninfångning från K-skalet kallas processen K-infångning, från L-skalet - L-infångning osv.

En atom under elektronfångst övergår till ett exciterat tillstånd med ett inre skal utan en elektron (eller, som de säger, med ett "hål", en ledig plats på det inre skalet). Excitationen av atomskalet avlägsnas genom att flytta till den lägre nivån av en elektron från ett av de övre skalen, och den tomhet som bildas på ett högre skal kan fyllas med en elektron från ett ännu högre skal etc. Den energi som frigörs i detta fall förs bort av en eller flera röntgenfotoner och /eller en eller flera Auger-elektroner . Om elektroninfångning sker i en atom som är belägen i ett vakuum eller en försämrad gas, bildar den sönderfallande atomen som regel en mångfaldigt laddad positiv jon på grund av förlusten av Auger-elektroner; sannolikheten för att en atom förblir neutral är i storleksordningen en procent eller mindre.

Fördelning av energi och momentum mellan sönderfallsprodukter

Elektronneutriner som produceras i e -capture har ett monoenergetiskt spektrum, eftersom sönderfallets kinetiska energi är uppdelad mellan två partiklar: en neutrino och en rekylkärna. Momentet för dessa partiklar i systemet med tröghetscentrum är dock lika, eftersom dotterkärnan är många storleksordningar mer massiv än neutrinon, därför förs nästan all energi som frigörs i sönderfallet bort av neutrinon . Den karakteristiska kinetiska energin för rekylkärnor är bara några få eV (flera tiotals eV för lätta kärnor), kärnans karakteristiska rekylhastighet är kilometer per sekund. En del av energin som frigörs vid elektroninfångning överförs till elektronskalet (denna energi är lika med bindningsenergin för den infångade elektronen) och frigörs i kaskadövergångar i skalet (se ovan).

I sällsynta fall åtföljs elektroninfångning av uppkomsten av ett gammastrålningskvantum av intern bremsstrahlung . I detta fall är energin och rörelsemängden fördelade mellan de tre partiklarna, och energispektrumet för neutrinon, bremsstrahlung-fotonen och rekylkärnan blir kontinuerligt. Denna process bör särskiljas från elektroninfångning med populationen av en av de exciterade nivåerna av dotterkärnan, vilket i många fall är till och med mer sannolikt än befolkningen på marknivån (om övergången till marknivån undertrycks av reglerna av spinn och paritetsval ).

Några exempel på e -capture-förfall

Exempel på kärnor som upplever, tillsammans med e -capture- förfall

\beta ^{\operatörsnamn {+} }

{\mathrm {{}_{{13}}^{{26}}Al}}+{\mathrm {e}}^{-}\högerpil {\mathrm {{}_{{12}}^{{ 26}}Mg}}+{\nu }_{e}

;

{\mathrm {{}_{{28}}^{{59}}Ni}}+{\mathrm {e}}^{-}\högerpil {\mathrm {{}_{{27}}^{{ 59}}Co}}+{\nu }_{e}

;

\mathrm {{}_{\ 7}^{13}N} +\mathrm {e} ^{-}\rightarrow \mathrm {{}_{\ 6}^{13}C} +{\ nu }_{e}

;

\mathrm {{}_{\ 9}^{18}F} +\mathrm {e} ^{-}\rightarrow \mathrm {{}_{\ 8}^{18}O} +{\ nu }_{e}

;

\mathrm {{}_{\ 49}^{110}In} +\mathrm {e} ^{-}\högerpil \mathrm {{}_{\ 48}^{110}Cd} +{\ nu }_{e}

. Ett exempel på en kärna för vilken -förfall är okänt

\beta ^{+}

\mathrm {{}_{\ 82}^{205}Pb} +\mathrm {e} ^{-}\högerpil \mathrm {{}_{\ 81}^{205}Tl} +{\ nu }_{e}

. Ett exempel på en kärna som sönderfaller genom tre olika kanaler, -, -sönderfall och e -infångning från kalium-40 kärnan

\beta ^{-}\!

\beta ^{+}\!

\mathrm {{}_{19}^{40}K} +\mathrm {e} ^{-}\rightarrow \mathrm {{}_{18}^{40}Ar} +{\nu } _{e}\quad

(sannolikhet 11%)

\mathrm {{}_{19}^{40}K} \rightarrow \mathrm {{}_{20}^{40}Ca} +\mathrm {e} ^{-}+{\overline { {\nu }_{e))}\quad

(89% chans)

\mathrm {{}_{19}^{40}K} \rightarrow \mathrm {{}_{18}^{40}Ar} +\mathrm {e} ^{+}+{\nu } _{e}\quad

(sannolikhet 0,001%)

Mycket sällsynt är dubbelelektroninfångning (analog med dubbel beta-sönderfall ), observerades första gången 2019 [1] [2] :

\mathrm {{}_{\ 54}^{124}Xe} +2\mathrm {e} ^{-}\rightarrow \mathrm {{}_{\ 52}^{124}Te} +2 {\nu }_{e}.

Den elektroniska miljöns inverkan på e -capture-sannolikheten

Radioaktiva kärnor, för vilka ren elektroninfångning är tillåten, är stabila om de är helt joniserade (sådana joner kallas "nakna"). Sådana kärnor, som bildas under r-processer i en exploderande supernova och skjuts ut i rymden vid en tillräckligt hög temperatur på den omgivande plasman, kan förbli helt joniserade och därmed stabila med avseende på elektronfångst tills de möter elektroner i rymden. Anomalierna i fördelningen av element tros delvis bero på denna egenskap hos elektronfångning.

Kemiska bindningar kan också påverka sannolikheten för elektroninfångning (men i liten utsträckning, vanligtvis mindre än 1%) genom att ändra elektrontätheten nära kärnan [3] . Man har också experimentellt funnit att sannolikheten för elektroninfångning är något (väldigt lite) påverkad av omgivningens temperatur och tryck, även genom att elektrondensiteten i kärnan ändras. Den märkbara påverkan av miljön på sannolikheten för sönderfall skiljer elektronfångst från andra typer av radioaktivt sönderfall.

Se även

Anteckningar

↑ Nadja Podbregar. Der seltenste Zerfall des Universums (25 april 2019). (obestämd)
↑ Robert Gast. Spektrum der Wissenschaft, 18 Trilliarden Jahre Halbwertszeit (24 april 2019). (obestämd)
↑ Philip Ball. Radioaktiviteten går snabbt framåt. Ett radioaktivt elements sönderfallshastighet har påskyndats. - Nature, 2004. - doi : 10.1038/news040913-24 .

Länkar

Electron Capture // Thomas Jefferson National Accelerator
ELEKTRONISK FÄNGNING // Physical Encyclopedic Dictionary. — M.: Sovjetiskt uppslagsverk. Chefredaktör A. M. Prokhorov. 1983.
2.2.3 Elektronisk fångst // Beckman