Электро́нный захва́т, e-захват — один из видов бета-распада атомных ядер. При электронном захвате один из протонов ядра захватывает орбитальный электрон и превращается в нейтрон, испуская электронное нейтрино. Заряд ядра при этом уменьшается на единицу. Массовое число ядра, как и во всех других видах бета-распада, не изменяется. Этот процесс характерен для протонноизбыточных ядер. Если энергетическая разница между родительским и дочерним атомом (доступная энергия бета-распада) превышает 1,022 МэВ (удвоенную массу электрона), электронный захват всегда конкурирует с другим типом бета-распада, позитронным распадом. Например, рубидий-83 превращается в криптон-83 только посредством электронного захвата (доступная энергия около 0,9 МэВ), тогда как натрий-22 распадается в неон-22 посредством как электронного захвата, так и позитронного распада (доступная энергия около 2,8 МэВ).
Поскольку число протонов в ядре (т.е. заряд ядра) при электронном захвате уменьшается, этот процесс превращает ядро одного химического элемента в ядро другого элемента, расположенного ближе к началу таблицы Менделеева.
Общая формула электронного захвата
Содержание
Процессы в электронной оболочке
Атом при электронном захвате переходит в возбуждённое состояние с внутренней оболочкой без электрона (или, как говорят, с «дыркой», вакансией на внутренней оболочке). Снятие возбуждения атомной оболочки происходит путём перехода на нижний уровень электрона с одной из верхних оболочек, причем образовавшуюся на более высокой оболочке вакансию может заполнить электрон с ещё более высокой оболочки и т. д. Энергия, выделяющаяся при этом, уносится одним или несколькими фотонами рентгеновского излучения и/или одним или несколькими Оже-электронами. Если электронный захват происходит в атоме, находящемся в вакууме или разреженном газе, распавшийся атом образует, как правило, многозарядный положительный ион вследствие потери оже-электронов; вероятность сохранения атомом нейтральности порядка процента и менее.
Распределение энергии и импульса
Электронные нейтрино, образующиеся в e-захвате, имеют моноэнергетический спектр, поскольку кинетическая энергия распада делится между двумя частицами: нейтрино и ядром отдачи. Импульсы этих частиц в системе центра инерции равны, однако дочернее ядро на много порядков массивнее, чем нейтрино, поэтому почти вся выделившаяся в распаде энергия уносится нейтрино. Характерная кинетическая энергия ядер отдачи составляет лишь несколько эВ (несколько десятков эВ для лёгких ядер), характерная скорость — километры в секунду. Часть энергии, выделившейся в электронном захвате, передаётся электронной оболочке (эта энергия равна энергии связи захватываемого электрона) и выделяется в каскадных переходах в оболочке (см. выше).
В редких случаях электронный захват сопровождается возникновением гамма-кванта внутреннего тормозного излучения. При этом энергия и импульс распределяются между тремя частицами, и энергетический спектр нейтрино, тормозного фотона и ядра отдачи непрерывен. Этот процесс следует отличать от электронного захвата с заселением одного из возбуждённых уровней дочернего ядра, что во многих случаях даже более вероятно, чем заселение основного уровня (если переход на основной уровень подавлен правилами отбора по спину и чётности).
Влияние окружения на вероятность e-захвата
Радиоактивные ядра, для которых разрешён чистый электронный захват, оказываются стабильными, если они полностью ионизированы (такие ионы называют «голыми»). Такие ядра, сформированые в ходе r-процессов в взрывающейся сверхновой и выброшенные в космос при достаточно высокой температуре окружающей плазмы, могут остаться полностью ионизированными и, таким образом, стабильными по отношению к электронному захвату, пока они не встретятся с электронами в космосе. Аномалии в распределении элементов, как предполагается, частично возникли благодаря этому свойству электронного захвата.
Химические связи также могут влиять на вероятность электронного захвата (правда, в малой степени, обычно меньше 1 %) путём изменения электронной плотности вблизи ядра [1]. Экспериментально обнаружено также, что на вероятность электронного захвата некоторое (очень небольшое) влияние оказывают температура и давление окружающей среды — также посредством изменения электронной плотности в ядре. Ощутимое влияние окружающей среды на вероятность распада выделяет электронный захват из других видов радиоактивного распада.
ЭЛЕКТРОННЫЙ ЗАХВАТ — радиоактивный распад атомных ядер (бета распад), при котором ядро захватывает электрон с одной из внутренних оболочек атома (K, L, M и т. д.), чаще всего с ближайшей к ядру К оболочки (К захват), и одновременно испускает нейтрино. При этом ядро с … Большой Энциклопедический словарь
электронный захват — радиоактивный распад атомных ядер (бета распад), при котором ядро захватывает электрон с одной из внутренних оболочек атома (K, L, М и т. д.), чаще всего с ближайшей к ядру K оболочки (K захват), и одновременно испускает нейтрино. При этом ядро с … Энциклопедический словарь
ЭЛЕКТРОННЫЙ ЗАХВАТ — e захват, один из видов самопроизвольного радиоактивного превращения атомных ядер. Э. з. заключается в захвате ядром электрона из электронной оболочки атома (обычно из ближайшей к ядру К оболочки). При Э. з. один из протонов ядра, поглотив… … Большой энциклопедический политехнический словарь
ЭЛЕКТРОННЫЙ ЗАХВАТ — радиоактивный распад атомных ядер (бета распад), при к ром ядро захватывает электрон с одной из внутр. оболочек атома (К, L, М и т.д.), чаще всего с ближайшей к ядру К оболочки (К захват), и одновременно испускает нейтрино. При этом ядро с ат. н … Естествознание. Энциклопедический словарь
Захват — В Викисловаре есть статья «захват» Захват: Результат агрессии; военный захват (оккупация) другого государства или его части (аннексия); имуществе … Википедия
Процесс Э. з. сопровождается испусканием характерис-тич. рентг. излучения атома (Z-1, А), образующегося при заполнении вакансий в его оболочке, а также очень слабого эл.-магн. излучения с непрерывным спектром, верх. граница к-рого определяется разностью мaсс начального и конечного атомов (за вычетом энергии кванта характеристич. излучения). Это излучение наз. внутр. тормозным излучением. Если в результате Э. з. ядро (Z-1, А )оказывается в возбуждённом состоянии, то процесс сопровождается также испусканием g-излучения. Если разность масс атомов (Z, А )и (Z-1, А )превосходит удвоенную массу покоя электрона, то с Э. з. начинает конкурировать бета-распад с испусканием позитрона (b + ).
Нек-рые нуклиды, претерпевающие Э. з. с переходом в основное состояние дочернего ядра, используются как источники монохроматич. рентг. излучения, напр. распа-ды: 55 Fe 55 Mn ( =5,9 кэВ), 109 Cd 109 Ag (= 22 кэВ). Такие источники применяются во многих исследованиях в биомедицине, материаловедении, дефектоскопии и др.
Лит. см. при CT, Бета-распад ядер. А. А. Сорокин.
Полезное
Смотреть что такое «ЭЛЕКТРОННЫЙ ЗАХВАТ» в других словарях:
ЭЛЕКТРОННЫЙ ЗАХВАТ — радиоактивный распад атомных ядер (бета распад), при котором ядро захватывает электрон с одной из внутренних оболочек атома (K, L, M и т. д.), чаще всего с ближайшей к ядру К оболочки (К захват), и одновременно испускает нейтрино. При этом ядро с … Большой Энциклопедический словарь
электронный захват — радиоактивный распад атомных ядер (бета распад), при котором ядро захватывает электрон с одной из внутренних оболочек атома (K, L, М и т. д.), чаще всего с ближайшей к ядру K оболочки (K захват), и одновременно испускает нейтрино. При этом ядро с … Энциклопедический словарь
ЭЛЕКТРОННЫЙ ЗАХВАТ — e захват, один из видов самопроизвольного радиоактивного превращения атомных ядер. Э. з. заключается в захвате ядром электрона из электронной оболочки атома (обычно из ближайшей к ядру К оболочки). При Э. з. один из протонов ядра, поглотив… … Большой энциклопедический политехнический словарь
ЭЛЕКТРОННЫЙ ЗАХВАТ — радиоактивный распад атомных ядер (бета распад), при к ром ядро захватывает электрон с одной из внутр. оболочек атома (К, L, М и т.д.), чаще всего с ближайшей к ядру К оболочки (К захват), и одновременно испускает нейтрино. При этом ядро с ат. н … Естествознание. Энциклопедический словарь
Электронный захват — вид радиоактивного распада ядер, при котором ядро захватывает электрон с одной из внутренних оболочек атома (К, L, М и др.) и одновременно испускает Нейтрино. При этом ядро с массовым числом A и атомным номером Z превращается в ядро с тем … Большая советская энциклопедия
Захват — В Викисловаре есть статья «захват» Захват: Результат агрессии; военный захват (оккупация) другого государства или его части (аннексия); имуществе … Википедия
Этот процесс иногда называют обратным бета-распадом, хотя этот термин также может относиться к взаимодействию между электронным антинейтрино и протоном.
Резюме
Исторический
В июне 1933 года Ирен и Фредерик Жолио-Кюри первыми предложили возможность уменьшения ядра после поглощения электрона. Таким образом, они пишут в Journal of Physics and Radium: «Мы все еще можем предположить, что неизвестный изотоп Na 22 нестабилен и самопроизвольно превращается в Ne 22 в результате захвата внеядерного электрона. Впоследствии было показано, что содержание натрия 22 эффективно уменьшается за счет захвата электронов примерно на 10%.
Фундаментальная точка зрения
Энергетические аспекты
Значение Q
Значение Q выражает количество энергии, выделяемой в результате реакции. В случае реакции электронного захвата она равна
Принимая во внимание тот факт, что реакция может иметь место только при положительном значении Q (энергия выделяется системой), электронный захват происходит только тогда, когда
Нейтрино
Из закона сохранения энергии мы можем написать
Среди двух математически правильных решений только решение со знаком «+» является физически правильным, поскольку решение со знаком «-» дает отрицательную кинетическую энергию. Наконец, кинетическая энергия нейтрино, следовательно, равна
Ядро отдачи
Этой величиной можно пренебречь, за исключением случая Be, где энергия отдачи Li составляет 57 эВ в случае захвата электрона оболочкой K. Эта энергия отдачи была впервые измерена в 1997 году Массимилиано Галеацци и его коллегами. соавторы.
Перестановка электронного шествия
Таким образом, полная перестройка атома может сопровождаться несколькими испусканиями оже-электронов и / или фотонов X. Более того, возможно, что начальный промежуток заполнен свободным электроном. Затем излучается одиночный X-фотон (или одиночный оже-электрон) с энергией, равной энергии уровня, на котором образовалась щель.
Время полураспада
Теоретический формализм
Сжатая среда
Первое убедительное исследование влияния сжатия атомов на скорость захвата электронов было проведено Р. Ф. Лейнингером, Э. Сегре и К. Вигандом в 1949 году. В этом исследовании распад Be был измерен, когда атомы последние присутствовали в виде оксида бериллия BeO и фторида бериллия BeF₂. Исследование показало, что константа распада бериллия 7 была различной, когда он находился внутри кристаллической матрицы (фторид бериллия) и когда он был один; константа распада Be, присутствующего во фториде бериллия, на 0,16% меньше, чем у свободного Be. Другие исследования бериллия показали, что отклонение между константами распада может достигать 1% в других материалах. Это уменьшение постоянной распада происходит из-за того, что захват электрона становится более вероятным, когда атом сжат, электроны находятся ближе к ядру.
Ионизированный атом
Конкуренция между захватом электронов и эмиссией позитронов
Порог излучения позитронов
Подобно захвату электронов, испускание позитронов может происходить в ядрах, дефицитных по нейтронам. С энергетической точки зрения последнее может иметь место только в том случае, если масса родительского ядра по крайней мере на 1,022 МэВ / c² больше, чем масса дочернего ядра. Причина в следующем. В реакции:
Спонтанно происходят только экзотермические реакции, поскольку они не требуют ввода внешней энергии. Таким образом, чтобы было возможно испускание позитронов, Q должно быть отрицательным. Это так, если:
Соревнование
Это понимается тем фактом, что, с одной стороны, вероятность присутствия в ядре электрона 1s увеличивается с атомным номером, а с другой стороны, создание позитрона, который является положительно заряженной частицей, не является не благоприятен из-за кулоновского отталкивания протонов ядра, тем более что число протонов велико.
Точнее, соотношение между двумя вероятностями определяется следующим образом:
для разрешенного перехода и:
для однократного запрещенного перехода, где:
Использование электронного захвата
Обозначения
Общие примеры
Радиоизотоп
Время полураспада
26 Al
(7,17 ± 0,24) × 10⁵ лет
41 Ca
(1,002 ± 0,017) × 10⁵ лет
44 Ti
60,0 ± 1,1 года
53 Мн
(3,74 ± 0,04) × 10⁶ лет
55 Fe
2,747 ± 0,008 года
59 Нор
(76 ± 5) × 10³ лет
81 кр
(2,29 ± 0,11) × 10⁵ лет
91 Nb
(6,8 ± 1,3) × 10² лет
93 МБ
(4,0 ± 0,8) × 10³ лет
97 Тс
(4,21 ± 0,16) × 10⁶ лет
101 Rh
3,3 ± 0,3 года
109 Кд
461,9 ± 0,4 дня
133 Ba
10,540 ± 0,006 года
137
(6 ± 2) × 10⁴ лет
145 вечера
17,7 ± 0,4 года
146 вечера
5,53 ± 0,5 года
150 евро
36,9 ± 0,9 года
157 Тб
71 ± 7 лет
163 Ho
4570 ± 25 лет
173 Читать
1,37 ± 0,01 года
174 Читать
3,31 ± 0,05 года
172 Hf
1,87 ± 0,03 года
179 Ваш
1,82 ± 0,03 года
193 Пт
50 ± 6 лет
194 рт.
444 ± 77 лет
202 Пб
(52,5 ± 2,8) × 10³ лет
205 Пб
(1,73 ± 0,07) × 10⁷ лет
208 Би
(3,68 ± 0,04) × 10⁵ лет
Другие связанные процессы
Радиационный электронный захват
Как и в случае всех процессов бета-распада, может случиться так, что захват электрона сопровождается испусканием гамма-фотона в дополнение к нейтрино. Энергия нейтрино больше не принимает однозначное значение, а подчиняется распределению, поскольку доступная энергия распределяется между тремя телами. Этот гамма-луч можно понимать как своего рода « внутреннее тормозное излучение », которое имеет место, когда захваченный электрон электромагнитно взаимодействует с ядром. Присутствие фотонов, сопровождающих бета-распады, было известно со времен Дж. Х. Астона в 1927 году. Десять лет спустя Кристиан Мёллер указывает, что это явление также должно иметь место при захвате электронов. Первое экспериментальное наблюдение радиационного электронного захвата было опубликовано H. Bradt et al. в 1946 г.
Первое теоретическое описание явления было дано Филипом Моррисоном и Леонардом И. Шиффом (in) в статье, опубликованной в 1940 году.
Электронный захват (K-захват электронов, также K-захват, или L-электронный захват, L-захват) представляет собой процесс, в котором богатое протонами ядро электрически нейтрального атом поглощает внутренний атом электрон, обычно из K или L электронные оболочки. Таким образом, этот процесс изменяет ядерную протон в нейтрон и одновременно вызывает выброс электронное нейтрино.
Поскольку это единственное испускаемое нейтрино несет в себе все энергия распада, он имеет эту единственную характеристическую энергию. Точно так же импульс испускания нейтрино заставляет дочерний атом отскочить с одним характерным импульсом.
Результирующий дочерний нуклид, если он находится в возбужденное состояние, затем переходит к своему основное состояние. Обычно гамма-луч испускается во время этого перехода, но девозбуждение ядра также может происходить внутренняя конверсия.
После захвата внутреннего электрона из атома внешний электрон заменяет захваченный электрон, и один или несколько характеристический рентген фотоны испускаются в этом процессе. Электронный захват иногда также приводит к Эффект оже, где электрон выбрасывается из электронной оболочки атома из-за взаимодействий между электронами атома в процессе поиска электронного состояния с более низкой энергией.
После захвата электрона атомный номер уменьшается на единицу, количество нейтронов увеличивается на единицу, и нет изменения массовое число. Простой захват электрона сам по себе приводит к нейтральному атому, поскольку потеря электрона в электронная оболочка уравновешивается потерей положительного ядерного заряда. Однако положительный атомный ион может быть результатом дальнейшей эмиссии электронов Оже.
Если разница в энергии между родительским атомом и дочерним атомом меньше 1,022МэВ, эмиссия позитронов запрещена как недостаточно энергия распада доступен, чтобы разрешить это, и, таким образом, захват электронов является единственным способом распада. Например, рубидий-83 (37 протонов, 46 нейтронов) распадутся на криптон-83 (36 протонов, 47 нейтронов) исключительно за счет захвата электронов (разность энергий или энергия распада составляет около 0,9 МэВ).
Содержание
История
Детали реакции
Химические связи также может влиять на скорость захвата электронов в небольшой степени (обычно менее 1%) в зависимости от близости электронов к ядру. Например, в 7 Be, разница между периодами полураспада в металлической и изолирующей средах составляет 0,9%. [9] Этот относительно большой эффект обусловлен тем фактом, что бериллий представляет собой небольшой атом, в котором используются валентные электроны, расположенные близко к ядру, а также на орбиталях без орбитального углового момента. Электроны в s орбитали (независимо от оболочки или первичного квантового числа), имеют вероятностную пучность в ядре и, таким образом, гораздо более подвержены захвату электронов, чем п или d электроны, которые имеют узел вероятности на ядре.
Вокруг элементов в середине периодическая таблица, изотопы, которые легче стабильных изотопов того же элемента, имеют тенденцию распадаться через захват электронов, а изотопы тяжелее стабильных распадаются на электронная эмиссия. Захват электронов чаще всего происходит в более тяжелых элементах с дефицитом нейтронов, где изменение массы минимально, а испускание позитронов не всегда возможно. Когда потеря массы в ядерной реакции больше нуля, но меньше 2m [0-1e-], [ требуется разъяснение ] процесс не может происходить за счет эмиссии позитронов, но происходит спонтанно при захвате электронов.
Общие примеры
Некоторые распространенные радиоизотопы, которые распадаются исключительно за счет электронного захвата, включают:
55 Mn ( 
=5,9 кэВ), 109 Cd 
109 Ag (
= 22 кэВ). Такие источники применяются во многих исследованиях в биомедицине, материаловедении, дефектоскопии и др.
