Captură electronică

Versiunea actuală a paginii nu a fost încă revizuită de colaboratori experimentați și poate diferi semnificativ de versiunea revizuită pe 8 decembrie 2020; verificarea necesită 1 editare .

Captură electronică , e - captură - unul dintre tipurile de dezintegrare beta a nucleelor atomice. În captarea electronilor, unul dintre protonii din nucleu captează un electron în orbită și se transformă într-un neutron , emițând un neutrin electronic . Sarcina nucleului este apoi redusă cu unu. Numărul de masă al nucleului, ca în toate celelalte tipuri de dezintegrare beta, nu se modifică. Acest proces este tipic pentru nucleele cu un exces de protoni . Dacă diferența de energie dintre atomul părinte și atomul copil (energia disponibilă a dezintegrarii beta) depășește 1,022 MeV (de două ori masa unui electron), captarea electronilor concurează întotdeauna cu un alt tip de dezintegrare beta, dezintegrarea pozitronilor . De exemplu, rubidiul-83 este convertit în krypton-83 numai prin captarea electronilor (energia disponibilă este de aproximativ 0,9 MeV), în timp ce sodiul-22 se descompune în neon-22 atât prin captarea electronilor, cât și prin dezintegrarea pozitronilor (energia disponibilă este de aproximativ 2,8 MeV). Un exemplu binecunoscut și cel mai des citat de captare a electronilor este conversia potasiului-40 în argon cu o probabilitate a acestui canal de descompunere de aproximativ 10%.

Deoarece numărul de protoni din nucleu (adică sarcina nucleară) scade în timpul captării electronilor, acest proces transformă nucleul unui element chimic în nucleul altui element situat mai aproape de începutul tabelului periodic.

Schema generală de captare electronică:

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

Câteva exemple de captură electronică:

\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}\,.

Procese în învelișul de electroni

Electronul este captat de nucleu cu, de regulă, cele mai apropiate învelișuri de electroni de acesta (în ordinea K, L, M, N, ...) și, cu alte lucruri egale, probabilitatea de a capta un s - electronul este maxim. În plus, densitatea protonilor din nucleu crește odată cu creșterea sarcinii nucleare, astfel încât captarea electronilor este mai probabilă pentru nucleele grele. În cazul captării electronilor din capacul K, procesul se numește K-capture, din L-shell - L-capture etc.

Un atom în timpul captării electronilor trece într-o stare excitată cu o înveliș interioară fără electron (sau, după cum se spune, cu o „găură”, un loc liber pe învelișul interior). Excitația învelișului atomic este îndepărtată prin deplasarea la nivelul inferior al unui electron dintr-una dintre învelișurile superioare, iar locul vacant format pe o înveliș superior poate fi umplut de un electron dintr-un înveliș și mai înalt etc. Energia eliberată în acest caz este purtat de unul sau mai mulți fotoni de raze X și/sau unul sau mai mulți electroni Auger . Dacă captarea electronilor are loc într-un atom situat în vid sau într-un gaz rarefiat, atomul în descompunere formează, de regulă, un ion pozitiv cu încărcare multiplă din cauza pierderii electronilor Auger; probabilitatea ca un atom să rămână neutru este de ordinul unui procent sau mai puțin.

Distribuția energiei și a impulsului între produsele de degradare

Neutrinii de electroni produși în e -capture au un spectru monoenergetic, deoarece energia cinetică de dezintegrare este împărțită între două particule: un neutrin și un nucleu de recul. Momentul acestor particule din sistemul centrului de inerție este egal, totuși, deoarece nucleul fiu este cu multe ordine de mărime mai masiv decât neutrinul, prin urmare, aproape toată energia eliberată în dezintegrare este transportată de neutrin. . Energia cinetică caracteristică a nucleelor de recul este de doar câțiva eV (mai multe zeci de eV pentru nucleele ușoare), viteza caracteristică de recul a nucleului este de kilometri pe secundă. O parte din energia eliberată în captarea electronilor este transferată în învelișul de electroni (această energie este egală cu energia de legare a electronului capturat) și este eliberată în tranziții în cascadă în înveliș (vezi mai sus).

În cazuri rare, captarea electronilor este însoțită de apariția unui cuantum de raze gamma de bremsstrahlung intern . În acest caz, energia și impulsul sunt distribuite între cele trei particule, iar spectrul de energie al neutrinului, fotonului bremsstrahlung și nucleului de recul devine continuu. Acest proces ar trebui să fie distins de captarea de electroni cu populația unuia dintre nivelurile excitate ale nucleului fiu, care în multe cazuri este chiar mai probabil decât populația de la nivelul solului (dacă tranziția la nivelul solului este suprimată de reguli de selecție de rotație și paritate ).

Câteva exemple de decăderi de e -capture

Exemple de experimente de nuclee, împreună cu e -capture- dezintegrare

\beta ^{\operatorname {+} }

{\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}

;

\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}În} +\mathrm {e} ^{-}\rightarrow \mathrm {{}_{\ 48}^{110}Cd} +{\ nu }_{e}

. Un exemplu de nucleu pentru care dezintegrarea este necunoscută

\beta ^{+)

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

. Un exemplu de descompunere a unui nucleu prin trei canale diferite, -, -dezintegrare și e -captură din nucleul de potasiu-40

\beta ^{-}\!

\beta ^{+}\!

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

(probabilitate 11%)

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

(89% șanse)

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

(probabilitate 0,001%)

Foarte rară este capturarea dublelor electroni (analog cu descompunerea dublă beta ), observată pentru prima dată în 2019 [1] [2] :

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

Influența mediului electronic asupra probabilității de captare electronică

Nucleele radioactive, pentru care este permisă captarea pură a electronilor, sunt stabile dacă sunt complet ionizați (acești ioni se numesc „gozi”). Astfel de nuclee, formate în timpul proceselor r într- o supernovă care explodează și ejectate în spațiu la o temperatură suficient de ridicată a plasmei din jur, pot rămâne complet ionizate și astfel stabile în ceea ce privește captarea electronilor până când întâlnesc electroni în spațiu. Se crede că anomaliile în distribuția elementelor se datorează în parte acestei proprietăți de captare a electronilor.

Legăturile chimice pot afecta, de asemenea, probabilitatea captării electronilor (deși într-o mică măsură, de obicei mai puțin de 1%) prin modificarea densității electronilor în apropierea nucleului [3] . De asemenea, s-a constatat experimental că probabilitatea de captare a electronilor este oarecum (foarte puțin) influențată de temperatura și presiunea mediului, inclusiv prin modificarea densității electronilor din nucleu. Influența perceptibilă a mediului asupra probabilității dezintegrarii distinge captarea electronilor de alte tipuri de dezintegrare radioactivă.

Vezi și

Note

↑ Nadja Podbregar. Der seltenste Zerfall des Universums (25 aprilie 2019). (nedefinit)
↑ Robert Gast. Spektrum der Wissenschaft, 18 Trilliarden Jahre Halbwertszeit (24 aprilie 2019). (nedefinit)
↑ Philip Ball. Radioactivitatea devine rapid înainte. Rata de dezintegrare a unui element radioactiv a fost accelerată.. - Nature, 2004. - doi : 10.1038/news040913-24 .

Link -uri

Captură de electroni // Thomas Jefferson National Accelerator
CAPTURA ELECTRONICĂ // Dicţionar enciclopedic fizic. — M.: Enciclopedia sovietică. Redactor-șef A. M. Prokhorov. 1983.
2.2.3 Captură electronică // Beckman