Электро́нный захва́т, e-захват — один из видов бета-распада атомных ядер. При электронном захвате один из протонов ядра захватывает электрон из электронной оболочки атома и превращается в нейтрон, при этом испускается 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 ядер с избытком протонов. Если разница энергий родительского и дочернего атомов (доступная энергия бета-распада) превышает (энергия соответствующая удвоенной массе покоя 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 тогда как натрий-22 распадается в неон-22 посредством как электронного захвата, так и позитронного распада (доступная энергия около
Известным и самым часто приводимым примером электронного захвата является превращение калия-40 в аргон с вероятностью этого канала распада около
Поскольку число протонов в ядре (то есть заряд ядра) при электронном захвате уменьшается на 1, этот процесс превращает ядро одного химического элемента в ядро другого элемента, расположенного ближе к началу таблицы Менделеева.
Общая схема электронного захвата:
Некоторые примеры реакций с электронным захватом:
Процессы в электронной оболочке
Электрон захватывается ядром, как правило, из ближайших к ядру электронных оболочек (в порядке K, L, M, N, …), причём при прочих равных условиях максимальна вероятность захвата s-электрона. 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 с одной из внутренних оболочек переходит в возбуждённое состояние, неся вакансию (или, как говорят, «дырку») в этой оболочке. Это возбуждённое состояние имеет избыточную энергию, снятие возбуждения атомной оболочки происходит путём заполнения вакансии электроном 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, атом после выброса оже-электронов образует, как правило, многозарядный ион с положительным зарядом. Вероятность сохранения атомом электрической нейтральности менее одного процента.
Распределение энергии и импульса между продуктами распада Электронные нейтрино, образующиеся в e-захвате, имеют моноэнергетический спектр, поскольку фиксированная кинетическая энергия распада делится между двумя частицами: нейтрино и ядром отдачи. Векторы импульсов этих частиц в системе центра инерции равны (и направлены в противоположные стороны), однако так как дочернее ядро на много порядков массивнее, чем нейтрино, почти вся выделившаяся в распаде энергия уносится нейтрино. Характерная кинетическая энергия ядер после распада составляет лишь несколько эВ (несколько десятков эВ для лёгких ядер), характерная скорость 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-кванта внутреннего тормозного излучения. При этом энергия и импульс распределяются между тремя частицами, и энергетический спектры нейтрино, тормозного фотона и ядра отдачи становятся непрерывными. 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).
Некоторые примеры распадов с e-захватом Примеры ядер, испытывающих наряду с e-захватом -распад
.
Пример ядра, для которого разрешён только e-захват, в то время как -распад запрещён законом сохранения энергии
.
Пример ядра, распадающегося по трём различным каналам, -, -распады и e-захват у ядра калия-40
(вероятность (вероятность (вероятность
Очень редко происходит двойной электронный захват (аналог двойного бета-распада), впервые экспериментально обнаруженный в 2019 году:
Влияние электронного 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, сформированные в ходе r-процессов во 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 распространённости химических элементов и их изотопов, как предполагается, частично возникли благодаря этому свойству электронного захвата.
Химические связи также могут влиять на вероятность электронного захвата (правда, в малой степени, обычно меньше путём изменения электронной плотности вблизи ядра. Также экспериментально обнаружено, что на вероятность электронного захвата некоторое (очень небольшое) влияние оказывают температура и давление окружающей среды — также посредством изменения электронной плотности в ядре. Измеримое влияние состояния окружающей среды на вероятность распада и, соответственно, на период полураспада отличает электронный захват из других видов радиоактивного распада.
См. также Бета-распад Эффект Оже Позитронный распад
Примечания
Ссылки Electron Capture // Thomas Jefferson National Accelerator ЭЛЕКТРОННЫЙ ЗАХВАТ // Физический энциклопедический словарь. — М.: Советская энциклопедия. Главный редактор А. М. Прохоров. 1983. 2.2.3 Электронный захват // Бекман.
Категория:Ядерная физика Категория:Радиоактивность