전자 포획

Electron capture
이 기사는 방사성 붕괴 모드에 관한 것이다.질량분석에 사용되는 단편화 방법은 전자포획 이온화를 참조한다.가스 크로마토그래피에 사용되는 검출기는 전자포획 해리를 참조한다.
두 가지 유형의 전자 포획 방식.상단: 핵은 전자를 흡수합니다.왼쪽 아래: "누락된" 전자 대신 외부 전자가 사용됩니다.두 전자껍질 간의 차이와 동일한 에너지인 X선이 방출됩니다.오른쪽 아래:오거효과에서는 외부전자가 내부전자를 대체할 때 흡수되는 에너지가 외부전자로 전달된다.외부 전자는 원자로부터 방출되어 양이온을 남깁니다.

전자포집(K-전자포집, K-포집 또는 L-전자포집, L-전자포집)은 전기적으로 중성인 원자의 양성자가 풍부한 핵이 일반적으로 K 또는 L 전자껍질로부터 내부 원자전자를 흡수하는 과정이다.이 과정은 핵 양성자를 중성자로 바꾸는 동시에 전자 중성미자의 방출을 일으킨다.


p
 + e
−
 → n

 + ν

e
또는 핵반응 방정식으로 e- + p n + ({e + ^{ -n + ^{ e

이 방출된 중성미자는 붕괴 에너지 전체를 운반하기 때문에 이 단일 특성 에너지를 가지고 있습니다.마찬가지로 중성미자 방출의 운동량은 딸 원자를 단일 특성 운동량으로 반동시킨다.

결과 딸 핵종은 들뜬 상태일 경우 지면 상태로 전환됩니다.보통 이 전환 중에 감마선이 방출되지만 핵 탈여자 또한 내부 변환에 의해 발생할 수 있다.

원자로부터 내부 전자를 포착한 후 외부 전자가 포착된 전자를 대체하고 이 과정에서 하나 이상의 특징적인 X선 광자가 방출된다.전자 포획은 또한 낮은 에너지 전자 상태를 찾는 과정에서 원자의 전자들 사이의 상호작용으로 인해 원자의 전자 껍질에서 전자가 방출되는 오거 효과를 낳기도 합니다.

전자포착 후 원자번호는 1개씩 감소하고 중성자번호는 1개씩 증가하며 질량수에는 변화가 없다.전자껍질에서 전자의 손실은 양의 핵 전하 손실에 의해 균형을 이루므로, 단순한 전자 포획은 그 자체로 중성 원자가 된다.단, 오거 전자 방출에 의해 양의 원자 이온이 발생할 수 있다.

전자 포획은 네 가지 기본 힘 중 하나인 약한 상호작용의 한 예입니다.

전자 포획은 핵에서 양성자의 상대적 중첩을 갖는 동위원소의 1차 붕괴 모드이지만, 핵종이 양전자를 방출하여 붕괴하기 위해서는 동위원소와 그 예상 딸(양전하가 1개 적은 이소바) 사이의 에너지 차이가 불충분하다.전자 포획은 양전자 방출에 의해 붕괴할 수 있는 충분한 에너지를 가진 방사성 동위원소의 대체 붕괴 모드이다.약한 힘에 의해 매개되는 기본적인 핵 과정이 동일하기 때문에 전자 포획은 베타 [1]붕괴의 한 종류로 포함되기도 한다.핵물리학에서 베타 붕괴는 베타선과 중성미자가 원자핵에서 방출되는 방사성 붕괴의 한 종류이다.전자 포획은 때때로 역 베타 붕괴라고 불리지만, 이 용어는 보통 전자 반중성미자와 [2]양성자의 상호작용을 가리킨다.

부모 원자와 딸 원자의 에너지 차이가 1.022MeV 미만일 경우 양전자 방출이 금지되며 이를 허용할 수 있는 충분한 붕괴 에너지가 없기 때문에 전자 포획이 유일한 붕괴 모드이다.예를 들어 루비듐-83(양자 37개, 중성자 46개)은 전자 포획만으로 크립톤-83(양자 36개, 중성자 47개)으로 붕괴한다(에너지 차이 또는 붕괴 에너지는 약 0.9MeV).

역사

전자 포획 이론은 1934년 지안 카를로 윅에 의해 처음 논의되었고, 그 후 유카와 히데키 등에 의해 개발되었다.K-전자 포획은 1937년 [3][4][5]V 바나듐에서
루이스 알바레즈에 의해 처음 관찰되었다.알바레즈는 갈륨과
67
다른 핵종의 전자 포획을 [3][6][7]연구했다.

반응 상세

Leading-order EC Feynman diagrams
전자 포획 붕괴를 위한 선도 파인만 다이어그램입니다.전자는 W보손을 통해 핵의 업 쿼크와 상호작용하여 다운 쿼크와 전자 중성미자를 생성한다.두 개의 다이어그램이 선두(두 번째) 순서를 구성하지만, 가상 입자로서 W-보손의 유형(및 전하)은 구분할 수 없습니다.

포착된 전자는 원자의 전자 중 하나이며, 위의 반응들이 쓰여지는 방식에서 알 수 있듯이 새로운 유입 전자가 아니다.전자 포획의 몇 가지 예는 다음과 같습니다.

26
13알
 		+ e
−
 → 		26
12Mg
 		+ ★★

e
59
28니
 		+ e
−
 → 		59
27회사
 		+ ★★

e
40
19K
. 		+ e
−
 → 		40
18아르
 		+ ★★

e

순수 전자 포획에 의해 붕괴되는 방사성 동위원소는 완전히 이온화되면 방사성 붕괴를 억제할 수 있다('스트라이핑'은 때때로 이러한 이온을 묘사하기 위해 사용된다).이러한 원소들은 폭발하는 초신성에서 r-과정에 의해 형성되면 완전히 이온화 되어 방출되므로 우주에서 전자를 만나지 않는 한 방사성 붕괴를 겪지 않는다는 가설이 있다.원소 분포의 이상은 부분적으로 전자 포획에 대한 이러한 영향의 결과로 생각됩니다[by whom?].역붕괴는 완전이온화에 의해서도 유도될 수 있다.예를 들어 Ho는
전자포획에 의해
 Dy로 분해되지만 완전이온화된
Dy는 결합상태β붕괴의− [8]과정에 의해 Ho의
결합상태로 분해된다.

화학 결합은 또한 원자핵에 대한 전자의 근접성에 따라 작은 정도(일반적으로 1% 미만)의 전자 포획 속도에 영향을 미칠 수 있습니다.예를 들어 Be에서는 금속 환경과 절연 환경의 [9]반감기 간에 0.9%의 차이가 관찰되었습니다.이 상대적으로 큰 효과는 베릴륨이 핵에 가까운 원자가 전자를 사용하는 작은 원자이고 또한 궤도 각운동량이 없는 궤도에 있기 때문이다.s 오비탈의 전자는 (껍질이나 1차 양자수에 관계없이) 핵에 확률 반노드를 가지며, 따라서 핵에 확률 노드를 가진 p 또는 d 전자보다 훨씬 더 전자 포획의 대상이 된다.

주기율표 중앙의 원소 주변에서는 같은 원소의 안정 동위원소보다 가벼운 동위원소는 전자 포획을 통해 붕괴하는 반면 안정 동위원소보다 무거운 동위원소는 전자 방출에 의해 붕괴된다.전자 포획은 질량 변화가 가장 작고 양전자 방출이 항상 가능한 것은 아닌 무거운 중성자 결핍 원소에서 가장 자주 발생합니다.핵반응에서 질량의 손실이 0보다 크지만 2mce2 미만일 경우 양전자 방출에 의해 발생할 수 없고 전자 포획을 위해 자발적으로 발생한다.

일반적인 예

전자 포획만으로 붕괴하는 일반적인 방사성 동위원소에는 다음이 포함된다.

전체 목록은 핵종 표를 참조하십시오.

레퍼런스

  1. ^ Cottingham, W.N.; Greenwood, D.A. (1986). An introduction to nuclear physics. Cambridge University Press. p. 40. ISBN 978-0-521-31960-7.
  2. ^ "The Reines-Cowan experiments: Detecting the poltergeist" (PDF). Los Alamos National Laboratory. 25: 3. 1997.
  3. ^ a b Alvarez, Luis W.; Trower, W. Peter (1987). "Chapter 3: K-electron capture by nuclei". Discovering Alvarez: Selected works of Luis W. Alvarez, with commentary by his students and colleagues. Segré, Emilio (commentary). University of Chicago Press. pp. 11–12. ISBN 978-0-226-81304-2 – via archive.org.
  4. ^ "Luis Alvarez, biography". Nobel Prize. The Nobel Prize in Physics 1968. Retrieved 7 October 2009.
  5. ^ Alvarez, Luis W. (1937). "Nuclear K Electron Capture". Physical Review. 52 (2): 134–135. Bibcode:1937PhRv...52..134A. doi:10.1103/PhysRev.52.134.
  6. ^ Alvarez, Luis W. (1937). "Electron Capture and Internal Conversion in Gallium 67". Physical Review. 53 (7): 606. Bibcode:1938PhRv...53..606A. doi:10.1103/PhysRev.53.606.
  7. ^ Alvarez, Luis W. (1938). "The capture of orbital electrons by nuclei". Physical Review. 54 (7): 486–497. Bibcode:1938PhRv...54..486A. doi:10.1103/PhysRev.54.486.
  8. ^ Bosch, Fritz (1995). "Manipulation of Nuclear Lifetimes in Storage Rings" (PDF). Physica Scripta. T59: 221–229. Bibcode:1995PhST...59..221B. doi:10.1088/0031-8949/1995/t59/030. Archived from the original (PDF) on 2013-12-26.
  9. ^ Wang, B.; et al. (2006). "Change of the 7Be electron capture half-life in metallic environments". The European Physical Journal A. 28 (3): 375–377. Bibcode:2006EPJA...28..375W. doi:10.1140/epja/i2006-10068-x. S2CID 121883028.

외부 링크