Elektrona kapto

En fiziko, elektrona kapto (iam nomata kiel inversa beto-disfalo) estas speco de radioaktiveco kutima por izotopoj, kiuj enhavas tro multajn protonojn en la atomkerno.

Dum elektrona kapto, unu el la orbitaj elektronoj de la atomo estas enkaptita per protono en la kerno, formante neŭtronon kaj eligon de elektrona neŭtrino. Pro tio ke la protono estas ŝanĝita al neŭtrono, la kvanto de neŭtronoj pligrandiĝas per 1, kaj la kvanto de protonoj malpligrandiĝas per 1. La atompeza nombro restas neŝanĝita. Pro ŝanĝo de la kvanto de protonoj, elektrona kapto konvertas la atomon en izotopon de la alia kemia elemento, ĝuste la elemento kun numero pli malgranda je 1.

La alia disfala maniero kiu estadas ĉe ĉi tiaj protonriĉaj izotopoj estas pozitrona eligo. Tamen, nur la elektrona kapto estas ebla se la atomkerno ne enhavas sufiĉan energion por disradii pozitronon. Se la energia diferenco inter la fonta atomo kaj la filina atomo estas malpli ol 1,022 MeV (duobla maso de elektrono), pozitrona eligo estas malpermesita. Tamen, la elektrona kapto eblas ankaŭ se estas sufiĉa energio por la pozitrona eligo .

Ekzemple, rubidio-83 disfalas al kriptono-83 sole per elektrona kapto ĉar la energia diferenco estas proksimume 0,9 MeV. natrio-22 disfalas al neono-22 per ambaŭ pozitrona eligo kaj elektrona kapto la energia diferenco estas proksimume 2,8 MeV.

Notu, ke ĉi tiuj rezonadoj pri sufiĉeco de energio ne rilatas al tio ĉu por la donita izotopo eblas la aliaj disfalaj manieroj, kiel beto-minus-disfalo kaj alfo-disfalo.

Neŭtrinoj aperantaj en elektrona kapto de ia izotopa havas preskaŭ la saman energion, malsimile al neŭtrinoj aperantaj en disfalo kun eligo de elektrono aŭ pozitrono. Ĉi tio estas ĉar la liberigata energio iĝas kinetan energion de du partikloj: neŭtrino kaj la kerno. Movokvantoj de la partikloj en sistemo de centro de maso de ili estas egalaj, sed la kerno estas multe pli peza ol neŭtrino, do preskaŭ la tuta energio doniĝas al. Tipa kineta energio de kerno post la disfalo estas nur kelkaj eV (kelkdek eV por malpezaj kerno), tipa rapido - kelkaj kilometroj dum sekundo. Ĉi tio estas malsimila al disfalo kun eligo de elektrono aŭ pozitrono, ĉar en ĝi estas ne du sed tri rezultantaj partikloj kaj energio povas esti disdividita inter ili diverse, kaj la energio de neŭtrino havas tiam kontinuan distribuon.

En maloftaj okazoj elektrona kapto okazas kun eligo de gamo-kvantumo de ena bremsa radiado. Ankaŭ tiam la energio estas disdividata inter tri partikloj, kaj la energioj de la gamo-kvanto kaj neŭtrino havas tiam kontinuajn distribuojn.

Ankoraŭ unu malsama varianto de elektrona kapto estas kun tio ke la rezultanta kerno estas ekscitita stato. En iuj okazoj apero de la rezultanta kerno en ekscitita stato estas eĉ pli probable ol en la tera stato, se trairo senpere al la tera stato estas subpremita laŭ spino aŭ pareco.

La elektrona ŝelo de atomo trairas en ekscititan staton, en kiu en la ena elektrona ŝelo forestas elektrono. Dum trairo al la tera stato, la atomo disradias ikso-radian fotonon (speco de elektromagneta ondo) aŭ elektronojn de Auger.

Elektrono estas enkaptata per la atomkerno kutime de la pli proksima al ĝi elektronkovraĵo en ordo K, L, M, N, ... (tiel ĝi estas nomata kiel K-elektrona kapto, ankaŭ K-kapto, aŭ L-elektrona kapto, L-kapto, ...). Ĉe ceteraj egalaj kondiĉoj, pli granda estas probablo de kapto de s-elektrono. Ĉi tio estas ĉar denseco de la onda funkcio en kerno estas maksimuma por la pli proksimaj al ĝi elektronkovraĵoj. Por s-elektrono (kun la kvantuma nombro l=0) la denseco havas maksimumon ĉe radiuso r=0, sed por p, d, f ... elektronoj (l=1, 2, 3, ...) la denseco en la kerno (pli ĝuste en centro de la kerno) estas nula. Krome, denseco de elektronoj en la kerno pligrandiĝas kun pligrandiĝo de elektra ŝargo de la kerno, do elektrona kapto estas pli probabla por kemiaj elementoj kun granda numero.

Por radioaktivaj izotopoj kiuj disfalas nur per elektrona kapto, eblas halto de la radiaktiveco se ili estas plene jonigita. Estas hipotezo ke ĉi tiaj atomkernoj, formita per la r-procezo en eksplodantaj supernovaoj, estas elĵetitaj plene jonigitaj kaj tiel ne spertas radiaktivan disfalon ĝis kiam ili ne renkontas elektronojn en kosma spaco. Anomalioj en elementaj distribuoj estas opiniataj kiel parte rezultantaj de ĉi tiu efiko sur elektrona kapto.

Estado en kemiaj kombinaĵoj povas influi la kurzon de elektrona kapto je malgranda grado (ĝenerale malpli ol 1%), ĉar kemiaj ligoj ŝanĝas densecon de elektronoj en la kerno. Malgranda influo al la kurzon estas ankaŭ de temperaturo kaj premo, same per ŝanĝo de denseco de elektronoj en la kerno. Ĉi tiu influemeco de rapido de elektrona kapto per ĉi tiaj faktoroj estas malsameco de elektrona kapto de la aliaj specoj de radioaktiveco.

Por elemento en meza parto de la perioda tabelo, izotopoj kiuj estas pli malpeza ol stabilaj izotopoj de la sama elemento emas disfali per elektrona kapto, kaj izotopoj pli pezaj ol la stabilaj disfalas per beto-minus-disfalo.

Reakcio

Dum elektrona kapto, ĉe unu el protonoj de la atomkerno okazas reakcio

p e⁻ → n ν_e

Por la tuta atomo ĉi tiu reakcio estas ofte skribata kiel (ekzemple por ²⁶Al):

²⁶Al e⁻ → ²⁶Mg ν_e

Ĉi tio estas fakte malbona skribmaniero, ĉar laŭ la skribaĵo la elektra ŝargo ne estas konservata, kio ne estas la vero. Pli ĝuste estas skribi la reakcion por la atomkernoj kun iliaj ŝargoj

²⁶Al¹³ e⁻ → ²⁶Mg¹² ν_e

aŭ se skribi por atomoj, necesus agnoski ke la elektrono en la maldekstra parto de skribaĵo estas fakte parto de la fonta atomo kaj pro tio ne devus esti skribita aparte:

²⁶Al → ²⁶Mg ν_e

Komunaj ekzemploj

Iuj komunaj radioaktivaj izotopoj kiuj disfalas per elektrona kapto estas:

Radioaktiva izotopo	Duoniĝotempo
⁷Be	53,28 diurnoj
²⁶Al	7,17×10⁵ jaroj
³⁷Ar	35,0 diurnoj
⁴¹Ca	1,03×10⁵ jaroj
⁴⁰K	1,248×10⁹ jaroj
⁴⁴Ti	52 jaroj
⁴⁹V	337 diurnoj
⁵¹Cr	27,7 diurnoj
⁵³Mn	3,7×10⁶ jaroj
⁵⁷Co	271,8 diurnoj
⁵⁶Ni	6,10 diurnoj
⁵⁹Ni	7,6×10⁴ jaroj
⁶⁷Ga	3,260 diurnoj
⁶⁸Ge	270,8 diurnoj
⁷²Se	8,5 diurnoj

Konkurenco de diversaj disfalaj manieroj

Povas okazi ke iu izotopo havas diversajn disfalajn manierojn, kiuj tiam estas karakterizitaj per iliaj probabloj. Ekzemple por ⁴⁰K:

⁴⁰K e⁻ → ⁴⁰Ar ν_e

kun probablo ≈11%

⁴⁰K → ⁴⁰Ca e⁻ ν_e

kun probablo ≈89%

⁴⁰K → ⁴⁰Ar e ν_e

kun probablo ≈0,001%

Historio

K-kapto estis unue antaŭdirita de Yukawa Hideki. K-elektrona kapto estis poste esplorita per Luis Alvarez, kiu demonstraciis ĝin en 1937 kaj raportita ĝin en La Fizika Recenzo en letero de aprilo de 1938, "Elektrona konvertiĝo kaj ena kapto en galiumo 67".

Vidu ankaŭ

Eksteraj ligiloj

[1] Arkivigite je 2006-11-25 per la retarkivo Wayback Machine
[2]
Seaborg prelegoj Arkivigite je 2009-08-13 per la retarkivo Wayback Machine
Pri ŝanĝo de rapido de elektrona kapto per kemiaj ligoj