Elektronisk optagelse

Den aktuelle version af siden er endnu ikke blevet gennemgået af erfarne bidragydere og kan afvige væsentligt fra den version , der blev gennemgået den 8. december 2020; verifikation kræver 1 redigering .

Elektronisk indfangning , e - fangst - en af typerne af beta-henfald af atomkerner. Ved elektronindfangning fanger en af protonerne i kernen en elektron i kredsløb og bliver til en neutron , der udsender en elektronneutrino . Ladningen af kernen reduceres derefter med én. Kernens massenummer , som i alle andre typer beta-henfald, ændres ikke. Denne proces er typisk for kerner med et overskud af protoner . Hvis energiforskellen mellem forælder- og barnatom (den tilgængelige energi af beta-henfald) overstiger 1,022 MeV (to gange massen af en elektron), konkurrerer elektronindfangning altid med en anden type beta-henfald, positron-henfald . For eksempel omdannes rubidium-83 kun til krypton-83 via elektronfangst (tilgængelig energi er ca. 0,9 MeV), mens natrium-22 henfalder til neon-22 via både elektronfangst og positron-henfald (tilgængelig energi er ca. 2,8 MeV). Et velkendt og oftest nævnt eksempel på elektronindfangning er omdannelsen af kalium-40 til argon med en sandsynlighed for denne henfaldskanal på omkring 10 %.

Da antallet af protoner i kernen (det vil sige kerneladningen) falder under elektronfangst, forvandler denne proces kernen af et kemisk grundstof til kernen af et andet grundstof, der er placeret tættere på begyndelsen af det periodiske system.

Generel ordning for elektronisk indfangning:

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

Nogle eksempler på elektronisk optagelse:

\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 elektronskallen

Elektronen fanges af kernen med som regel de nærmeste elektronskaller til den (i rækkefølgen K, L, M, N, ...), og alt andet lige sandsynligheden for at fange en s - elektron er maksimum. Derudover stiger tætheden af protoner i kernen med stigende kerneladning, så elektronfangst er mere sandsynligt for tunge kerner. Ved elektronindfangning fra K-skallen kaldes processen K-fangst, fra L-skallen - L-fangst osv.

Et atom under elektronindfangning går over i en exciteret tilstand med en indre skal uden en elektron (eller, som man siger, med et "hul", en ledig plads på den indre skal). Atomskallens excitation fjernes ved at flytte til det nederste niveau af en elektron fra en af de øverste skaller, og den tomgang, der dannes på en højere skal, kan udfyldes af en elektron fra en endnu højere skal osv. Den energi, der frigives i dette tilfælde bliver båret væk af en eller flere røntgenfotoner og /eller en eller flere Auger-elektroner . Hvis elektronindfangning sker i et atom, der er placeret i et vakuum eller en fordærvet gas, danner det henfaldende atom som regel en flerdobbelt ladet positiv ion på grund af tabet af Auger-elektroner; sandsynligheden for, at et atom forbliver neutralt, er af størrelsesordenen en procent eller mindre.

Fordeling af energi og momentum mellem henfaldsprodukter

Elektronenutrinoer produceret i e -capture har et monoenergetisk spektrum, da den kinetiske henfaldsenergi er delt mellem to partikler: en neutrino og en rekylkerne. Momenta af disse partikler i systemet med inerticentret er dog ens, da datterkernen er mange størrelsesordener mere massiv end neutrinoen, derfor bliver næsten al den energi, der frigives i henfaldet, båret væk af neutrinoen . Den karakteristiske kinetiske energi for rekylkerner er kun nogle få eV (flere tiere af eV for lette kerner), kernens karakteristiske rekylhastighed er kilometer i sekundet. En del af den energi, der frigives ved elektronfangst, overføres til elektronskallen (denne energi er lig med bindingsenergien for den indfangede elektron) og frigives i kaskadeovergange i skallen (se ovenfor).

I sjældne tilfælde ledsages elektronindfangning af fremkomsten af et gammastrålekvantum af intern bremsstrahlung . I dette tilfælde er energien og momentum fordelt mellem de tre partikler, og energispektret for neutrinoen, bremsstrahlung-fotonen og rekylkernen bliver kontinuerligt. Denne proces bør skelnes fra elektronindfangning med populationen af et af de exciterede niveauer af datterkernen, hvilket i mange tilfælde er endnu mere sandsynligt end populationen af jordniveauet (hvis overgangen til jordniveauet undertrykkes af reglerne af spin og paritetsvalg ).

Nogle eksempler på e -capture henfald

Eksempler på kerner, der oplever sammen med e -capture- henfald

\beta ^{\operatørnavn {+} }

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

;

{\mathrm {{}_{{28}}^{{59}}Ni}}+{\mathrm {e}}^{-}\højrepil {\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} ^{-}\højrepil \mathrm {{}_{\ 8}^{18}O} +{\ nu }_{e}

;

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

. Et eksempel på en kerne, hvor -henfald er ukendt

{\displaystyle \beta ^{+))

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

. Et eksempel på en kerne, der henfalder gennem tre forskellige kanaler, -, -henfald og e -capture fra kalium-40 kernen

\beta ^{-}\!

\beta ^{+}\!

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

(sandsynlighed 11 %)

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

(89% chance)

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

(sandsynlighed 0,001 %)

Meget sjælden er dobbelt elektronindfangning (analog med dobbelt beta-henfald ), første gang observeret i 2019 [1] [2] :

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

Indflydelse af det elektroniske miljø på e -capture sandsynligheden

Radioaktive kerner, for hvilke ren elektronindfangning er tilladt, er stabile, hvis de er fuldt ioniserede (sådanne ioner kaldes "nøgne"). Sådanne kerner, dannet under r-processer i en eksploderende supernova og slynget ud i rummet ved en tilstrækkelig høj temperatur af det omgivende plasma, kan forblive fuldt ioniserede og dermed stabile med hensyn til elektronfangst, indtil de møder elektroner i rummet. Anomalierne i fordelingen af grundstoffer menes til dels at skyldes denne egenskab ved elektronindfangning.

Kemiske bindinger kan også påvirke sandsynligheden for elektronindfangning (dog i et lille omfang, normalt mindre end 1%) ved at ændre elektrontætheden nær kernen [3] . Det er også eksperimentelt blevet fundet, at sandsynligheden for elektronindfangning er noget (meget lidt) påvirket af omgivelsernes temperatur og tryk, også ved at ændre elektrontætheden i kernen. Miljøets mærkbare indflydelse på sandsynligheden for henfald adskiller elektronfangst fra andre typer radioaktivt henfald.

Se også

Noter

↑ Nadja Podbregar. Der seltenste Zerfall des Universums (25. april 2019). (ubestemt)
↑ Robert Gast. Spektrum der Wissenschaft, 18 Trilliarden Jahre Halbwertszeit (24. april 2019). (ubestemt)
↑ Philip Ball. Radioaktiviteten går hurtigt fremad. Et radioaktivt grundstofs henfaldshastighed er blevet fremskyndet. - Nature, 2004. - doi : 10.1038/news040913-24 .