Elektronfangst

Elektron (engl. Electron capture ) er en type radioaktivitet , der en kjerne omdannes til en mer stabil, av et elektron fra et indre skall ( orbital ) av dets elektronskallfangst . Dette omdanner en av protonene i kjernen til et nøytron ; det ordenstall blir redusert med en. Formelsymbolet for prosessen er EC eller den greske bokstaven epsilon ( ). Derfor kalles elektronfangst noen ganger epsilon forfall . ${\ displaystyle \ epsilon}$

Elektronfangst ble teoretisk spådd av Hideki Yukawa i 1935 og eksperimentelt demonstrert for første gang i 1937 av Luis Walter Alvarez . Prosessen formidles av den svake interaksjonen og tilhører beta-radioaktivitet . Det forvandler det respektive nuklidet til det samme datternuklidet som et beta-pluss forfall.

Elektronfangst spiller en viktig rolle i dannelsen av nøytronstjerner .

beskrivelse

Elektronfangst, som beta pluss forfall, muliggjør oppbevaring av ladning når en proton omdannes til et nøytron. Massetallet til kjernen beholdes. Den antallet leptoner opprettholdes også fordi en elektron nøytrinoet er emittert. Kjernen får også resten av energien til det fangede elektronet.

${\ displaystyle \ mathrm {p} + \ mathrm {e} ^ {-} \ rightarrow \ mathrm {n} + {\ nu} _ {e}}$

Bare hvis konverteringsenergien (dvs. forskjellen i atommassene til mor- og datternukliden omgjort til energi ) er minst 1022 keV, opptrer beta-pluss-forfallet også som en ytterligere, alternativ forfallskanal , der ingen elektron absorberes og en positron må genereres. Omvendt skjer elektronfanging også med hvert positronemitterende nuklid.

Elektronene til K-skallet har størst sannsynlighet for å være på stedet til atomkjernen. Dette er grunnen til at det fangede elektronet kommer fra dette skallet i rundt 90 prosent av alle elektronfangstene. Denne elektronfangsten er kjent som K-fangst. Den sjeldnere elektronfangsten fra høyere skall kalles L-fangst eller M-fangst. Noe presist brukes "K-capture" noen ganger som et begrep for enhver elektronfangst; derfor i stedet for EC eller noen ganger brukes K som en formelbetegnelse. ${\ displaystyle \ epsilon}$

Energien som frigjøres ved kjernetransformasjonen tilsvarer masseendringen i kjernen minus bindingsenergien til det fangede elektronet. I noen tilfeller forblir en del av den "opparbeidede" energien opprinnelig i kjernen (datterkjernen) skapt av transformasjonen som eksitasjonsenergi ; resten fordeles som kinetisk energi i henhold til bevaring av momentum (se også kinematikk (partikkelprosesser) ) på nøytrino og kjernen. På grunn av sin svært lave masse mottar nøytrino nesten all den tilgjengelige kinetiske energien.

De utsendte nøytrinoene viser derfor et diskret energispektrum (linjespektrum), avhengig av energinivået som kjernen forblir i. Hvis kjernen deretter går tilbake til sin grunnleggende tilstand, sendes den gjenværende energien ut som en foton ( gammastråling ).

Hullet i det indre skallet av elektronskallet som er opprettet av det fangede elektronet, blir okkupert av et elektron fra et ytre skall. Det er en spontan utslipp av en røntgenfoton, eller frigitt energi blir avgitt som kinetisk energi til et Auger-elektron .

Sannsynlighet for forfall

I likhet med intern konvertering betraktes også elektronfangst som en type radioaktivitet . Imidlertid avhenger sannsynligheten ikke bare av moderkjernens indre egenskaper, men også av forholdene til skallet, nemlig sannsynligheten for at elektronene er på stedet for kjernen. Dens sannsynlighet for forfall og dermed halveringstiden kan derfor påvirkes noe av endring av kjemisk binding av atomet. Endringer opp til størrelsesorden prosent ble observert eksperimentelt.

Eksempler

Elektronfangst i tillegg til forfall: ${\ displaystyle \ beta ^ {\ operatorname {+}}}$

${\ displaystyle \ mathrm {{} _ {13} ^ {26} Al} + \ mathrm {e} ^ {-} \ rightarrow \ mathrm {{} _ {12} ^ {26} Mg} + {\ nu} _ {e}}$

${\ displaystyle \ mathrm {{} _ {28} ^ {59} Ni} + \ mathrm {e} ^ {-} \ rightarrow \ mathrm {{} _ {27} ^ {59} Co} + {\ nu} _ {e}}$

${\ displaystyle \ mathrm {{} _ {\ 7} ^ {13} N} + \ mathrm {e} ^ {-} \ rightarrow \ mathrm {{} _ {\ 6} ^ {13} C} + {\ nu} _ {e}}$

${\ displaystyle \ mathrm {{} _ {\ 9} ^ {18} F} + \ mathrm {e} ^ {-} \ rightarrow \ mathrm {{} _ {\ 8} ^ {18} O} + {\ nu} _ {e}}$

${\ displaystyle \ mathrm {{} _ {\ 49} ^ {110} I} + \ mathrm {e} ^ {-} \ rightarrow \ mathrm {{} _ {\ 48} ^ {110} Cd} + {\ nu} _ {e}}$

Bare elektronfanging, ingen forfall: ${\ displaystyle \ beta ^ {+}}$

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

Med noen nuklider forekommer elektroninnfangning som en tredje forfallskanal i tillegg til og forfall, f.eks. B. med kalium -40: ${\ displaystyle \ beta ^ {-} \!}$${\ displaystyle \ beta ^ {+} \!}$

${\ displaystyle \ mathrm {{} _ {19} ^ {40} K} + \ mathrm {e} ^ {-} \ rightarrow \ mathrm {{} _ {18} ^ {40} Ar} + {\ nu} _ {e} \ quad}$ (Del: 11%)

${\ displaystyle \ mathrm {{} _ {19} ^ {40} K} \ rightarrow \ mathrm {{} _ {20} ^ {40} Ca} + \ mathrm {e} ^ {-} + {\ overline { {\ nu} _ {e}}} \ quad}$ (Andel: 89%)

${\ displaystyle \ mathrm {{} _ {19} ^ {40} K} \ rightarrow \ mathrm {{} _ {18} ^ {40} Ar} + \ mathrm {e} ^ {+} + {\ nu} _ {e} \ quad}$ (Del: 0,001%)

Et spesielt tilfelle er dobbelt elektronfanging (analogt med dobbelt beta-forfall ). Det ble først observert i 2019:

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

Individuelle bevis

1. Kr H. Krieger, W. Petzold: Strålingsfysikk, dosimetri og strålevern . Volum 1. 3. utgave, Teubner 1992, ISBN 978-3-519-23052-6 , side 63
2. ^ GT Emery, Perturbation of Nuclear Decay Rates, Annu. Pastor Nucl. Sci. 22 (1972) s. 165-202
3. ↑ Nadja Podbregar: Universets sjeldneste forfall. 25. april 2019, åpnet 2. mai 2019 . 
4. ↑ Robert Gast: Spectrum of Science, 18 billioner år halveringstid. 24. april 2019, åpnet 2. mai 2019 . 

Se også

• Kjernekjemi
• Nuklidkart