Захват электрона ( K-электронный захват , также K-захват , или L-электронный захват , 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 .
Поскольку это единственное испущенное нейтрино несет в себе всю энергию распада , оно имеет единственную характеристическую энергию. Точно так же импульс испускания нейтрино заставляет дочерний атом отскакивать с единственным характеристическим импульсом.
Образовавшийся дочерний нуклид , если он находится в возбужденном состоянии , то переходит в основное состояние . Обычно во время этого перехода испускаются гамма-лучи , но ядерное девозбуждение может происходить и за счет внутренней конверсии .
После захвата внутреннего электрона атома внешний электрон заменяет захваченный электрон, и в этом процессе испускается один или несколько характеристических рентгеновских фотонов. Захват электрона иногда также приводит к эффекту Оже , когда электрон выбрасывается из электронной оболочки атома из-за взаимодействия между электронами атома в процессе поиска электронного состояния с более низкой энергией.
После захвата электрона атомный номер уменьшается на единицу, число 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 возникнуть в результате дальнейшей эмиссии оже-электронов.
Захват электрона — пример слабого взаимодействия , одной из четырёх фундаментальных сил.
Электронный захват — основной режим распада изотопов с относительным избытком протонов в ядре , но с недостаточной разницей энергий между изотопом и его предполагаемой дочерней структурой ( изобарой с одним положительным зарядом меньше) , чтобы нуклид распался с испусканием позитрона . Захват электронов всегда является альтернативным способом распада радиоактивных изотопов, которые обладают достаточной энергией для распада с испусканием позитронов . Захват электрона иногда относят к типу бета-распада [1] , поскольку основной ядерный процесс, опосредованный слабым взаимодействием, тот же. В ядерной физике бета-распад — это тип радиоактивного распада , при котором бета-луч (быстрый энергичный электрон или позитрон) и нейтрино испускаются из атомного ядра. Захват электрона иногда называют обратным бета-распадом , хотя этот термин обычно относится к взаимодействию электронного антинейтрино с протоном. [2]
Если разница в энергии между родительским атомом и дочерним атомом меньше 1,022 МэВ , эмиссия позитронов запрещена, поскольку для этого недостаточно энергии распада , и, таким образом, захват электрона является единственным способом распада. Например, рубидий-83 (37 протонов, 46 нейтронов) распадется до криптона-83 (36 протонов, 47 нейтронов) исключительно за счет захвата электронов (разница энергий, или энергия распада, составляет около 0,9 МэВ).
Теория электронного захвата была впервые обсуждена Джан-Карло Виком в статье 1934 года, а затем развита Хидеки Юкавой и другими. Захват К-электрона впервые наблюдался Луисом Альваресом в ванадии .48В, о котором он сообщил в 1937 году. [3] [4] [5] Альварес продолжил изучение захвата электронов в галлии (67Га) и другие нуклиды. [3] [6] [7]
Захваченный электрон — это один из собственных электронов атома, а не новый, пришедший электрон, как можно предположить из того, как реакции записаны ниже. Вот несколько примеров захвата электронов:
Радиоактивные изотопы, которые распадаются в результате чистого захвата электронов, могут быть предотвращены от радиоактивного распада, если они полностью ионизированы («лишенный» иногда используется для описания таких ионов). Предполагается, что такие элементы, если они образуются в результате r-процесса при взрыве сверхновых , выбрасываются полностью ионизированными и поэтому не подвергаются радиоактивному распаду до тех пор, пока они не сталкиваются с электронами в космическом пространстве. Аномалии в распределении элементов считаются [ кем? ] отчасти является результатом этого влияния на захват электронов. Обратные распады также могут быть вызваны полной ионизацией; например,163
Хо
распадается на163
Ди
путем захвата электрона; однако полностью ионизированный163
Ди
переходит в связанное состояние163
Хо
процессом распада связанного состояния β − . [8]
Химические связи также могут в небольшой степени (как правило, менее 1%) влиять на скорость захвата электронов в зависимости от близости электронов к ядру. Например, у 7 Be наблюдается разница в 0,9% между периодами полураспада в металлической и изолирующей средах. [9] Этот относительно большой эффект обусловлен тем, что бериллий представляет собой небольшой атом, который использует валентные электроны, находящиеся близко к ядру, а также на орбиталях без орбитального углового момента. Электроны на s- орбиталях (независимо от оболочки или первичного квантового числа) имеют пучность вероятности в ядре и, таким образом, гораздо более подвержены захвату электронов, чем p- или d- электроны, которые имеют узел вероятности в ядре.
Вокруг элементов в середине таблицы Менделеева изотопы, которые легче стабильных изотопов того же элемента, имеют тенденцию распадаться за счет захвата электронов, тогда как изотопы, более тяжелые, чем стабильные, распадаются за счет эмиссии электронов . Захват электронов чаще всего происходит в более тяжелых элементах с дефицитом нейтронов, где изменение массы наименьшее и эмиссия позитронов не всегда возможна. Когда потеря массы в ядерной реакции больше нуля, но меньше 2 m e c 2, процесс не может происходить путем эмиссии позитронов, а происходит самопроизвольно при захвате электронов.
Некоторые распространенные радионуклиды, которые распадаются исключительно за счет захвата электронов, включают:
Полный список смотрите в таблице нуклидов .
