Электронный захват: различия между версиями
| [непроверенная версия] | [отпатрулированная версия] |
Содержимое удалено Содержимое добавлено
Нет описания правки |
Д.Ильин (обсуждение | вклад) уточнение, викификация, оформление, стилевые правки |
||
Строка 1:
{{Ядерная физика}}
'''Электро́нный захва́т''', ''e''-захват — один из видов [[бета-распад]]а атомных ядер. При электронном захвате один из [[протон]]ов 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 [[протонноизбыточные ядра|
Поскольку число протонов в ядре (то есть заряд ядра) при электронном захвате уменьшается, этот процесс превращает ядро одного [[химический элемент|химического элемента]] в ядро другого элемента, расположенного ближе к началу таблицы Менделеева.
Общая
:<math display="block">\mathrm{p}^+ + \mathrm{e}^- \rightarrow\mathrm{n} + {\nu}_e \,.</math>▼
Некоторые примеры электронного захвата:
<math>\mathrm{{}^{26}_{13}Al}+\mathrm{e}^- \rightarrow\mathrm{{}^{26}_{12}Mg}+{\nu}_e\,,</math>▼
:<br><math>\mathrm{{}^{59}_{28}Ni}+\mathrm{e}^- \rightarrow\mathrm{{}^{59}_{27}Co}+{\nu}_e\,.</math><br>
== Процессы в электронной оболочке ==▼
▲== Процессы в электронной оболочке ==
Электрон захватывается ядром с, как правило, ближайших к нему [[электронная оболочка|электронных оболочек]] (в порядке K, L, M, N, …), причём при прочих равных условиях максимальна вероятность захвата ''s''-электрона. Это обусловлено тем, что плотность волновой функции орбитального электрона в ядре наибольшая для низколежащих электронных оболочек, причём для ''s''-электронов (с нулевым орбитальным моментом ''l''=0) плотность имеет максимум при ''r''=0{{нет АИ|2|11|2010}}, а для p-, d-, f-… электронов (''l''=1, 2, 3, …) плотность в ядре нулевая. Кроме того, плотность протонов в ядре увеличивается с ростом заряда ядра, поэтому электронный захват более вероятен для тяжёлых ядер. В случае захвата электрона с K-оболочки процесс называется К-захватом, с L-оболочки — L-захватом и т. д.
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 [[фотон]]ами [[рентгеновское излучение|рентгеновского излучения]] и/или одним или несколькими [[Оже-электроны|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 между продуктами распада ==
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 [[система центра инерции|системе центра инерции]] равны, однако так как 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 отдачи ядра — 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-квант]]а внутреннего [[тормозное излучение|тормозного излучения]]. При этом энергия и импульс распределяются между тремя частицами, и энергетический спектр нейтрино, тормозного фотона и ядра отдачи
== Некоторые примеры распадов с ''e''-захватом ==
;Примеры ядер, испытывающих наряду с ''e''-захват <math>\beta^{\operatorname +}</math>-распад:
: <math>\mathrm{{}^{59}_{28}Ni}+\mathrm{e}^- \rightarrow\mathrm{{}^{59}_{27}Co}+{\nu}_e</math>;
: <math>\mathrm{{}^{13}_{\ 7}N}+\mathrm{e}^- \rightarrow\mathrm{{}^{13}_{\ 6}C}+{\nu}_e</math>;
: <math>\mathrm{{}^{18}_{\ 9}F}+\mathrm{e}^- \rightarrow\mathrm{{}^{18}_{\ 8}O}+{\nu}_e</math>;
: <math>\mathrm{{}^{110}_{\ 49}In}+\mathrm{e}^- \rightarrow\mathrm{{}^{110}_{\ 48}Cd}+{\nu}_e</math>.
;Пример ядра, для которого неизвестен <math>\beta^{+}</math>-распад:
: <math>\mathrm{{}^{205}_{\ 82}Pb}+\mathrm{e}^- \rightarrow\mathrm{{}^{205}_{\ 81}Tl}+{\nu}_e</math>.
;Пример ядра, распадающегося по трём различным каналам, <math>\beta^-\!</math>-, <math>\beta^+\!</math>-распады и ''e''-захват у ядра [[Калий-40|калия-40]]:
: <math>\mathrm{{}^{40}_{19}K}+\mathrm{e}^- \rightarrow\mathrm{{}^{40}_{18}Ar}+{\nu}_e \quad </math> (вероятность 11 %)
: <math>\mathrm{{}^{40}_{19}K} \rightarrow\mathrm{{}^{40}_{20}Ca}+\mathrm{e}^- +\overline{{\nu}_e} \quad </math> (вероятность 89 %)
: <math>\mathrm{{}^{40}_{19}K}\rightarrow\mathrm{{}^{40}_{18}Ar}+\mathrm{e}^+ +{\nu}_e \quad </math> (вероятность 0,001 %)
▲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 [[система центра инерции|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).
Очень редко наблюдается [[двойной электронный захват]] (аналог [[Двойной бета-распад|двойного бета-распада]]), впервые наблюдавшийся в 2019 г.<ref name="scinexx">{{cite web|url=https://www.scinexx.de/news/technik/der-seltenste-zerfall-des-universums/ |title=Der seltenste Zerfall des Universums |author=Nadja Podbregar |date=2019-04-25}}</ref><ref name="SdW">{{cite web|url=https://www.spektrum.de/news/18-trilliarden-jahre-halbwertszeit/1640886 |title=Spektrum der Wissenschaft, 18 Trilliarden Jahre Halbwertszeit |author=Robert Gast |date=2019-04-24}}</ref>:
▲В редких случаях электронный захват сопровождается возникновением [[гамма-квант]]а внутреннего [[тормозное излучение|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 [[спин]]у и [[Чётность (физика)|чётности]]).
: <math>\mathrm{{}^{124}_{\ 54}Xe}+2\mathrm{e}^- \rightarrow\mathrm{{}^{124}_{\ 52}Te}+2{\nu}_e.</math>
== Влияние окружения на вероятность ''e''-захвата ==▼
▲== Влияние электронного окружения на вероятность ''e''-захвата ==
Радиоактивные ядра, для которых разрешён чистый электронный захват, оказываются стабильными, если они полностью [[ион]]изированы (такие ионы называют «голыми»). Такие ядра, сформированные в ходе [[r-процесс]]ов во взрывающейся [[сверхновая звезда|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.
Строка 41 ⟶ 68 :
== Ссылки ==
* [http://education.jlab.org/glossary/electroncapture.html Electron Capture] // Thomas Jefferson National Accelerator
* ЭЛЕКТРОННЫЙ ЗАХВАТ // Физический энциклопедический словарь.
* [http://profbeckman.narod.ru/RR0.files/4_2_2.pdf 2.2.3 Электронный захват] // Бекман
| |||