Elektronické snímání

Aktuální verze stránky ještě nebyla zkontrolována zkušenými přispěvateli a může se výrazně lišit od verze recenzované 8. prosince 2020; ověření vyžaduje 1 úpravu .

Elektronický záchyt , e - záchyt - jeden z typů beta rozpadu atomových jader. Při elektronovém záchytu jeden z protonů v jádře zachytí obíhající elektron a změní se na neutron , emitující elektronové neutrino . Náboj jádra se pak sníží o jedničku. Hmotnostní číslo jádra se stejně jako u všech ostatních typů beta rozpadu nemění. Tento proces je typický pro jádra s přebytkem protonů . Pokud energetický rozdíl mezi mateřským a dětským atomem (dostupná energie beta rozpadu) překročí 1,022 MeV (dvojnásobek hmotnosti elektronu), elektronový záchyt vždy konkuruje jinému typu beta rozpadu, pozitronovému rozpadu . Například rubidium-83 se přeměňuje na krypton-83 pouze prostřednictvím elektronového záchytu (dostupná energie je asi 0,9 MeV), zatímco sodík-22 se rozpadá na neon-22 jak záchytem elektronů, tak rozpadem pozitronu (dostupná energie je asi 2,8 MeV). Známým a nejčastěji citovaným příkladem záchytu elektronů je přeměna draslíku-40 na argon s pravděpodobností tohoto rozpadového kanálu asi 10 %.

Vzhledem k tomu, že se při záchytu elektronů počet protonů v jádře (tedy jaderný náboj) snižuje, přemění tento proces jádro jednoho chemického prvku na jádro jiného prvku umístěného blíže začátku periodické tabulky.

Obecné schéma elektronického snímání:

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

Některé příklady elektronického snímání:

\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}\,.

Procesy v elektronovém obalu

Elektron je zachycen jádrem zpravidla s nejbližšími elektronovými obaly k němu (v pořadí K, L, M, N, ...) a za jinak stejných podmínek pravděpodobnost zachycení s - elektron je maximum. Navíc hustota protonů v jádře roste s rostoucím jaderným nábojem, takže záchyt elektronů je pravděpodobnější u těžkých jader. V případě záchytu elektronů z K-skořápky se proces nazývá K-záchyt, z L-záchytu - L-záchyt atd.

Atom při záchytu elektronů přechází do excitovaného stavu s vnitřním obalem bez elektronu (nebo, jak se říká, s „dírou“, prázdnou na vnitřním obalu). Excitace atomového obalu je odstraněna přesunem na nižší úroveň elektronu z některého z horních obalů a vakance vytvořená na vyšším obalu může být vyplněna elektronem z ještě vyššího obalu atd. Energie uvolněná v tento případ je odnášen jedním nebo více fotony rentgenového záření a/nebo jedním nebo více Augerovými elektrony . Dojde-li k záchytu elektronů v atomu umístěném ve vakuu nebo ve zředěném plynu, rozkládající se atom zpravidla tvoří vícenásobně nabitý kladný iont v důsledku ztráty Augerových elektronů; pravděpodobnost, že atom zůstane neutrální, je řádově procenta nebo méně.

Distribuce energie a hybnosti mezi produkty rozpadu

Elektronová neutrina produkovaná v e -capture mají monoenergetické spektrum, protože rozpadová kinetická energie je rozdělena mezi dvě částice: neutrino a jádro zpětného rázu. Hybnosti těchto částic v systému středu setrvačnosti jsou však stejné, protože dceřiné jádro je o mnoho řádů hmotnější než neutrino, a proto je téměř veškerá energie uvolněná při rozpadu odnesena neutrinem. . Charakteristická kinetická energie zpětného rázu jader je pouze několik eV (několik desítek eV pro lehká jádra), charakteristická zpětná rychlost jádra je kilometrů za sekundu. Část energie uvolněné při záchytu elektronu se přenese do elektronového obalu (tato energie se rovná vazebné energii zachyceného elektronu) a uvolňuje se v kaskádových přechodech v obalu (viz výše).

Ve vzácných případech je záchyt elektronů doprovázen výskytem kvanta gama záření vnitřního brzdného záření . V tomto případě jsou energie a hybnost rozděleny mezi tři částice a energetické spektrum neutrina, brzdného fotonu a jádra zpětného rázu se stává spojitým. Tento proces je třeba odlišit od elektronového záchytu s populací jedné z excitovaných úrovní dceřiného jádra, což je v mnoha případech dokonce pravděpodobnější než populace přízemní úrovně (pokud je přechod na přízemní úroveň potlačen pravidly rotace a výběru parity ).

Některé příklady rozpadů e -capture

Příklady zážitků jader spolu s e -capture - rozpadem

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

. Příklad jádra, pro které -rozpad není znám

{\displaystyle \beta ^{+))

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

. Příklad rozpadu jádra třemi různými kanály, -, -rozpady a e -záchyt z jádra draslíku-40

\beta ^{-}\!

\beta ^{+}\!

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

(pravděpodobnost 11 %)

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

(89% šance)

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

(pravděpodobnost 0,001 %)

Velmi vzácný je dvojitý záchyt elektronů (analogický k dvojitému beta rozpadu ), poprvé pozorovaný v roce 2019 [1] [2] :

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

Vliv elektronického prostředí na pravděpodobnost e -capture

Radioaktivní jádra, pro která je povolen čistý záchyt elektronů, jsou stabilní, pokud jsou plně ionizována (takové ionty se nazývají „nahé“). Taková jádra, vytvořená během r-procesů v explodující supernově a vyvržená do vesmíru při dostatečně vysoké teplotě okolního plazmatu, mohou zůstat plně ionizovaná a tedy stabilní s ohledem na záchyt elektronů, dokud nenarazí na elektrony ve vesmíru. Předpokládá se, že anomálie v distribuci prvků jsou částečně způsobeny touto vlastností elektronového záchytu.

Chemické vazby mohou také ovlivnit pravděpodobnost záchytu elektronů (i když v malé míře, obvykle méně než 1 %) změnou hustoty elektronů v blízkosti jádra [3] . Experimentálně bylo také zjištěno, že pravděpodobnost záchytu elektronů je poněkud (velmi mírně) ovlivněna teplotou a tlakem prostředí, také změnou hustoty elektronů v jádře. Znatelný vliv prostředí na pravděpodobnost rozpadu odlišuje záchyt elektronů od jiných typů radioaktivního rozpadu.

Viz také

Poznámky

↑ Nadja Podbregar. Der seltenste Zerfall des Universums (25. dubna 2019). (neurčitý)
↑ Robert Gast. Spektrum der Wissenschaft, 18 Trilliarden Jahre Halbwertszeit (24. dubna 2019). (neurčitý)
↑ Philip Ball. Radioaktivita jde rychle dopředu. Rychlost rozpadu radioaktivního prvku byla urychlena.. - Nature, 2004. - doi : 10.1038/news040913-24 .

Odkazy

Elektronový záchyt // Thomas Jefferson National Accelerator
ELECTRONIC CAPTURE // Fyzický encyklopedický slovník. — M.: Sovětská encyklopedie. Šéfredaktor A. M. Prochorov. 1983.
2.2.3 Elektronické zachycení // Beckman