Електронен захват

от Уикипедия, свободната енциклопедия
Направо към навигацията Направо към търсенето

Електронен захват (среща се също като електронно улавяне и електронно залавяне) е пример за радиоактивен разпад в резултат на слабо ядрено взаимодействие. Това е процес, при който богато на протони ядро на електронно неутрален атом приема електрон, обикновено от вътрешните K или L електронни слоеве. По този начин атомният протон се превръща в неутрон и се излъчва електронно неутрино.

p + e → n + νe

Цялата освободена енергия при разпада отива в излъченото неутрино, и поради това е характеристична. По подобен начин е характеристичен и импулсът на получения дъщерен атом. Ако той е във възбудено състояние, следва преход в основно състояние. Обикновено по време на прехода се излъчва гама фотон, но излизането от възбудено състояние може да настъпи и с излъчване на електрон вследствие на вътрешна конверсия.

След улавянето на вътрешен електрон от ядрото, външен електрон от обвивката запълва освободената „дупка“, и в хода на този процес се излъчват един или повече рентгенови фотони (характеристично рентгеново излъчване). Електронното улавяне понякога води до ефект на Оже, при който електрон се отделя от атомната електронна обвивка с безизлъчвателен преход в процес на търсене на състояние с по-ниска обща енергия.

След електронен захват атомният номер намалява с единица, неутронното число се покачва с единица, а масовото число не се променя. Процесът води до неутрален атом, тъй като загубата на електрон в електронната обвивка се уравновесява от загубата на положителен ядрен заряд. Обаче в случай на излъчване на Оже електрон се получава положителен йон.

Електронното улавяне е главният начин за радиоактивен разпад на изотопите с относително свръхизобилие на протони в ядрото, но с недостатъчна разлика в енергиите между изотопа и бъдещия дъщерен атом (изобар с положителен заряд, намален с единица). Той е алтернативен начин на разпад за радиоактивни изотопи с недостатъчно енергия, за да се разпаднат чрез излъчване на позитрон. Затова понякога се счита за вид бета разпад,[1][2] тъй като основният ядрен процес, свързан със слабото ядрено взаимодействие, е един и същ.

Ако енергийната разлика между отправния атом и дъщерния атом е по-малко от 1,022 MeV, не се наблюдава позитронна емисия, защото няма достатъчно енергия и електронното улавяне става единственият начин за разпад. Така например, рубидий-83 (37 протона и 46 неутрона) би се разпаднал до криптон-83 (36 протона и 47 неутрона) единствено чрез електронно улавяне (енергийната разлика или енергията на разпад е около 0,9 MeV).

История[редактиране | редактиране на кода]

Теорията на електронния захват се обсъжда за пръв път от Джанкарло Вик в труд от 1934 г., който след това е доразвит от Хидеки Юкава и други. K-електронното улавяне е наблюдавано за пръв път от Луис Алварес при ванадий-48. Той го докладва в труд от 1937 г. в научното списание Physical Review.[3][4][5] След това Алварес продължава да изучава улавянето на електрони с галий-67 и други нуклиди.[3][6][7]

Реакция[редактиране | редактиране на кода]

Схема на електронен захват (горе) и два варианта за последващо атомно пренареждане: електрон от външната част от обвивката запълва опразнената позиция с излъчване на рентгенов фотон (ляво) и Оже преход (дясно).

Примери:

Електронът, който е уловен, е от състава на самия атом, а не нов, навлизащ отвън електрон, както би могло да се предположи от изписаното по-горе. Ако са напълно йонизирани, радиоактивните изотопи, които нормално се разпадат чрез електронен захват, могат и да не се разпаднат. Съществува хипотеза, че подобни елементи, образувани чрез r-процес в избухващи свръхнови звезди, се изхвърлят напълно йонизирани и не претърпяват радиоактивен разпад, освен ако не се сблъскат с електрони в космоса. Аномалиите в разпределението на химичните елементи могат да се обяснят частично с този ефект. При пълна йонизация може да бъде индуциран и обратим разпад – например, 163Ho се разпада до 163Dy чрез електронно улавяне, но напълно йонизиран 163Dy се разпада до 163Ho в „свързано състояние“ чрез β разпад.[8]

Химичната връзка също може да повлияе върху вероятността за електронен захват, но в малка степен (по принцип, под 1%), в зависимост от близостта на електроните до ядрото. Например, при 7Be се наблюдава разлика от 0,9% между периода на полуразпад в метални и изолационни среди.[9] Тази сравнително голяма разлика се дължи на факта, че берилият е малък атом с използва валентни електрони, разположени близо до ядрото в орбитали без орбитален ъглов момент. Електроните в s-орбиталите са по-склонни към електронно улавяне, отколкото електроните в p или d-орбиталите.

При елементите от средата на периодичната система се наблюдава тенденция изотопите им, които са по-леки от стабилните изотопи на същия елемент, като цяло да се разпадат чрез електронен захват, докато изотопите, които са по-тежки от стабилните, се разпадат чрез електронно излъчване. Електронният захват най-често се наблюдава при по-тежки елементи с дефицит на неутрони, при които промяната в масата е най-малка и излъчването на позитрон е не винаги възможно.

Примери[редактиране | редактиране на кода]

Някои често срещани радиоизотопи, които се разпадат чрез електронен захват, включват:

Радиоизотоп Период на полуразпад
7Be 53,28 дни
37Ar 35 дни
41Ca 1,03 × 105 г.
44Ti 60 г.
49V 337 дни
49Cr 27,7 дни
53Mn 3,7 × 106 г.
55Fe 2,6 г.
57Co 271,8 дни
59Ni 7,5 × 104 г.
67Ga 3,26 дни
68Ge 270,8 дни
72Se 8,5 дни

Източници[редактиране | редактиране на кода]

  1. Cottingham, W. N., Greenwood, D. A.. An introduction to nuclear physics. Cambridge University Press, 1986. ISBN 978-0-521-31960-7. с. 40.
  2. The Reines-Cowan Experiments: Detecting the Poltergeist. // Los Alamos National Laboratory 25. 1997. с. 3.
  3. а б Luis W. Alvarez, W. Peter Trower (1987). "Chapter 3: K-Electron Capture by Nuclei (with the commentary of Emilio Segré)" In Discovering Alvarez: selected works of Luis W. Alvarez, with commentary by his students and colleagues. University of Chicago Press, с. 11 – 12, ISBN 978-0-226-81304-2.
  4. "Luis Alvarez, The Nobel Prize in Physics 1968", biography, nobelprize.org.
  5. Alvarez, Luis W.. Nuclear K Electron Capture. // Physical Review 52. 1937. DOI:10.1103/PhysRev.52.134. с. 134 – 135.
  6. Alvarez, Luis W.. Electron Capture and Internal Conversion in Gallium 67. // Physical Review 53. 1937. DOI:10.1103/PhysRev.53.606. с. 606.
  7. Alvarez, Luis W.. The Capture of Orbital Electrons by Nuclei. // Physical Review 54. 1938. DOI:10.1103/PhysRev.54.486. с. 486 – 497.
  8. Fritz Bosch. Manipulation of Nuclear Lifetimes in Storage Rings. // Physica Scripta T59. 1995. DOI:– 8949/1995/t59/030 10.1088/0031 – 8949/1995/t59/030. с. 221 – 229.
  9. B. Wang. Change of the 7Be electron capture half-life in metallic environments. // The European Physical Journal A 28. 2006. DOI:10.1140/epja/i2006-10068-x. с. 375 – 377.
Криейтив Комънс - Признание - Споделяне на споделеното Лиценз за свободна документация на ГНУ Тази страница частично или изцяло представлява превод на страницата „Electron_capture“ в Уикипедия на английски. Оригиналният текст, както и този превод, са защитени от Лиценза „Криейтив Комънс - Признание - Споделяне на споделеното“, а за съдържание, създадено преди юни 2009 година — от Лиценза за свободна документация на ГНУ. Прегледайте историята на редакциите на оригиналната страница, както и на преводната страница. Вижте източниците на оригиналната статия, състоянието ѝ при превода, и списъка на съавторите.