Elektron yakalanması
Elektron yakalanması veya Elektron yakalama (K-elektron yakalama, ayrıca K-yakalama veya L-elektron yakalama, L-yakalama), elektriksel olarak nötr bir atomun proton açısından zengin çekirdeğinin, genellikle K veya L elektron kabuğun'dan bir iç atom elektronunu emdiği bir süreçtir. Bu süreç böylece bir nükleer protonu bir nötrona dönüştürür ve aynı anda bir elektron nötrino emisyonuna neden olur.
Bu tek yayılan nötrino tüm bozunma enerjisini taşıdığından, bu tek karakteristik enerjiye sahiptir. Benzer şekilde, nötrino emisyonunun momentumu, bağı atomunun tek bir karakteristik momentumla geri tepmesine neden olur.
Ortaya çıkan nüklid ürün, eğer uyarılmış bir durumdaysa, temel durumuna geçer. Genellikle, bu geçiş sırasında bir gama ışını yayılır, ancak iç dönüşümle nükleer uyarılma da gerçekleşebilir.
Bir iç elektronun atomdan yakalanmasının ardından, bir dış elektron yakalanan elektronun yerini alır ve bu işlemde bir veya daha fazla karakteristik X-ışını fotonu yayılır. Elektron yakalanması bazen, daha düşük enerjili bir elektron durumu arama sürecinde atomun elektronları arasındaki etkileşimler nedeniyle bir elektronun atomun elektron kabuğundan çıkarıldığı Auger etkisiyle de sonuçlanır.
Elektron yakalamanın ardından atom numarası bir azaltılır, nötron sayısı bir arttırılır ve kütle sayısında bir değişiklik olmaz. Basit elektron yakalama, nötr bir atom ile sonuçlanır, çünkü elektron kabuğundaki elektron kaybı, pozitif nükleer yük kaybı ile dengelenir. Bununla birlikte, pozitif bir atomik iyon daha fazla Auger elektron emisyonundan kaynaklanabilir.
Elektron yakalama, dört temel kuvvetten biri olan zayıf etkileşimin bir örneğidir.
Elektron yakalama, çekirdekte protonların göreceli olarak fazlalığı olan izotoplar için birincil bozunma modudur, ancak izotop ile potansiyel bağı (bir daha az pozitif yüke sahip izobar) arasında bir pozitron yayarak bozunması için yetersiz enerji farkı vardır. Elektron yakalama, pozitron emisyonu ile bozunma için yeterli enerjiye sahip radyoaktif izotoplar için her zaman alternatif bir bozunma modudur. Elektron yakalama bazen bir tür beta bozunma olarak dahil edilir, çünkü zayıf kuvvetin aracılık ettiği temel nükleer süreç aynıdır. Nükleer fizikte, beta bozunması, bir beta ışınının (hızlı enerjik elektron veya pozitron) ve bir nötrino'nun bir atom çekirdeğinden yayıldığı bir radyoaktif bozunma türüdür. Elektron yakalama bazen ters beta bozunması olarak adlandırılır, ancak bu terim genellikle bir elektron antineutrino'nun bir proton ile etkileşimini ifade eder.
Ana atom ile ilişkili atom arasındaki enerji farkı 1.022 MeV'den düşükse, pozitron emisyonu, izin vermek için yeterli bozunma enerjisi olmadığından yasaklanır ve bu nedenle elektron yakalama tek bozunma modudur.Örneğin, rubidyum-83 (37 proton, 46 nötron) kripton-83'e (36 proton, 47 nötron) sadece elektron yakalamasıyla (enerji farkı veya bozunma enerjisi yaklaşık 0.9 MeV) bozunur.
Tarihçe
Elektron yakalama teorisi ilk olarak 1934'te Gian-Carlo Wick tarafından tartışılmış ve daha sonra Hideki Yukawa ve diğerleri tarafından geliştirilmiştir. K-elektron yakalama ilk olarak Luis Alvarez tarafından vanadyum-48'de gözlendi. 1937 tarihli Fiziksel Gözden Geçirme makalesinde yayınladı. Alvarez galyum-67 ve diğer nüklidlerde elektron yakalama çalışmalarına devam etti.
Reaksiyon ayrıntıları
Örnekler:
- 26
13Al
+
e−
→ 26
12Mg
+ Bağlantı tanımlanmadı eklemek için tıkla - 59
28Ni
+
e−
→ 59
27Co
+ Bağlantı tanımlanmadı eklemek için tıkla - 40
19K
+
e−
→ 40
18Ar
+ Bağlantı tanımlanmadı eklemek için tıkla
Yakalanan elektron, yukarıdaki reaksiyonların yazılma şekliyle önerilebileceği gibi, yeni, gelen bir elektron değil, atomun kendi elektronlarından biridir. Saf elektron yakalamasıyla bozunmanın radyoaktif izotopları, tamamen iyonize olmaları durumunda radyoaktif bozunmadan önlenebilir (bazen bu iyonları tanımlamak için "yalın" kullanılır). Bu tür elementlerin, patlayan süpernovalarda r-işlemiyle oluşturuldukları takdirde, tamamen iyonize oldukları ve bu nedenle uzayda elektronlarla karşılaşmadıkları sürece radyoaktif bozunmaya maruz kalmadıkları varsayılmaktadır. Elementel dağılımlardaki anormalliklerin kısmen elektron yakalanması üzerindeki etkisinin bir sonucu olduğu düşünülmektedir. Ters çürüme, tam iyonizasyon ile de indüklenebilir; örneğin, 163Ho, elektron yakalama yoluyla 163Dy'ye bozunur; bununla birlikte, tamamen iyonize 163Dy, bağlı durum çürümesi işlemi ile 163Ho'luk bir bağlı duruma bozunur.
Kimyasal bağlar ayrıca elektronların çekirdeğe yakınlığına bağlı olarak elektron yakalama oranını küçük bir dereceye kadar (genel olarak %1'den az) etkileyebilir. Örneğin, 7Be'de metalik ve yalıtım ortamlarındaki yarı ömürler arasında %0.9'luk bir fark gözlenmiştir. Bu nispeten büyük etki, berilyumun çekirdeğe yakın olan ve ayrıca yörünge açısal momentumu olmayan orbitallerde bulunan değerlik elektronları kullanan küçük bir atom olması gerçeğinden kaynaklanmaktadır. S orbitallerindeki elektronlar (kabuk veya birincil kuantum sayısına bakılmaksızın), çekirdekte bir olasılık antinoduna sahiptir ve bu nedenle, çekirdekte bir olasılık düğümü olan p veya d elektronlarından çok daha fazla elektron yakalamaya maruz kalırlar.
Periyodik tablonun ortasındaki elementlerin etrafında, aynı elementin stabil izotoplarından daha hafif olan izotoplar elektron yakalama yoluyla bozulma eğilimi gösterirken, stabil olanlardan daha ağır izotoplar elektron emisyonu ile bozulmaktadır. Elektron yakalama çoğunlukla kütle değişiminin en küçük olduğu ve pozitron emisyonunun her zaman mümkün olmadığı daha ağır nötron eksikliği olan elementlerde meydana gelir. Bir nükleer reaksiyonda kütle kaybı sıfırdan büyük, ancak 2m[0-1e-]'den az olduğunda, işlem pozitron emisyonu ile gerçekleşemez, ancak elektron yakalanması için kendiliğinden olur.
Genel örnekler
Yalnızca elektron yakalanmasıyla bozunan bazı yaygın radyoizotoplar şunları içerir:
| Radyoizotop | Half-life |
|---|---|
| 7 Be |
53.28 d |
| 37 Ar |
35.0 d |
| 41 Ca |
1.03×105 y |
| 44 Ti |
60 y |
| 49 V |
337 d |
| 51 Cr |
27.7 d |
| 53 Mn |
3.7×106 y |
| 55 Fe |
2.6 y |
| 57 Co |
271.8 d |
| 59 Ni |
7.5×104 y |
| 67 Ga |
3.260 d |
| 68 Ge |
270.8 d |
| 72 Se |
8.5 d |
Tam liste için nüklidler tablosuna bakınız.