Какая энергия выделяется при захвате электрона

автор: admin
16.03.2024

Электронный захват

Электро́нный захва́т, e-захват — один из видов бета-распада атомных ядер. При электронном захвате один из протонов 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 протонноизбыточных ядер. Если энергетическая разница между родительским и дочерним атомом (доступная энергия бета-распада) превышает 1,022 МэВ (удвоенную массу 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 0,9 МэВ), тогда как натрий-22 распадается в неон-22 посредством как электронного захвата, так и позитронного распада (доступная энергия около 2,8 МэВ).

Поскольку число протонов в ядре (т.е. заряд ядра) при электронном захвате уменьшается, этот процесс превращает ядро одного химического элемента в ядро другого элемента, расположенного ближе к началу таблицы Менделеева.

Общая формула электронного захвата

$\mathrm <p>^+ + \mathrm^- \rightarrow\mathrm + _e \,» width=»» height=»» /></p> <table width=$ $\mathrm^_Al>+\mathrm^- \rightarrow\mathrm^_Mg>+_e» width=»» height=»» /></td> <td><img decoding=$

Распределение энергии и импульса

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 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).

В редких случаях электронный захват сопровождается возникновением гамма-кванта внутреннего 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 спину и чётности).

Влияние 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, сформированые в ходе r-процессов в 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 в распределении элементов, как предполагается, частично возникли благодаря этому свойству электронного захвата.

Химические связи также могут влиять на вероятность электронного захвата (правда, в малой степени, обычно меньше 1 %) путём изменения электронной плотности вблизи ядра [1]. Экспериментально обнаружено также, что на вероятность электронного захвата некоторое (очень небольшое) влияние оказывают температура и давление окружающей среды — также посредством изменения электронной плотности в ядре. Ощутимое влияние окружающей среды на вероятность распада выделяет электронный захват из других видов радиоактивного распада.

См. также

Бета-распад
Эффект Оже
Позитронный распад

Информация должна быть проверяема, иначе она может быть поставлена под сомнение и удалена.
Вы можете отредактировать эту статью, добавив ссылки на авторитетные источники.
Эта отметка установлена 15 мая 2011.

Ядерная физика
Радиоактивность

Wikimedia Foundation . 2010 .

Какая энергия выделяется при захвате электрона

УПС, страница пропала с радаров.

*размещая тексты в комментариях ниже, вы автоматически соглашаетесь с пользовательским соглашением

Вам может понравиться Все решебники

Мордкович, Семенов, Александрова

New Millennium

Казырбаева, Дворецкая

Рыбченкова

Рыбченкова, Александрова, Глазков

Enjoy English

Биболетова, Бабушис

Сахаров, Загладин

©Reshak.ru — сборник решебников для учеников старших и средних классов. Здесь можно найти решебники, ГДЗ, переводы текстов по школьной программе. Практически весь материал, собранный на сайте — авторский с подробными пояснениями профильными специалистами. Вы сможете скачать гдз, решебники, улучшить школьные оценки, повысить знания, получить намного больше свободного времени.

Главная задача сайта: помогать школьникам и родителям в решении домашнего задания. Кроме того, весь материал совершенствуется, добавляются новые сборники решений.

Электронный захват

Различные режимы радиоактивного распада: α , β — и β + радиоактивность , ε-захват электронов, n- нейтронная эмиссия и p- эмиссия протонов .

Захват электронов ( в частности , орбитальный захват электрона , ср «раздел нотация »), или ε распад , представляет собой процесс ядерной физики , в котором атомное ядре дефицитных поглощает нейтроны в электроне , расположенный на электронной оболочке атома. Вариант β + -распада , его теоретическое описание сформулировано теорией, опубликованной Энрико Ферми в 1933 году. Следствием захвата, согласно закону сохранения электрического заряда , является трансмутация атома. Поскольку протон , поглощая вторгающийся электрон, становится нейтроном , а испускание нейтрино — электроном, чтобы сохранить лептонное число ; атом, у которого было Z протонов и N нейтронов, становится атомом с ( Z -1) протонами и ( N +1) нейтронами:

X и Y обозначают родительское ядро и дочернее ядро соответственно. A — массовое число .

Этот ядерный процесс сопровождается испусканием нескольких фотонов, так что атом достигает своего основного состояния. С одной стороны, новообразованное ядро может потерять возбуждение за счет испускания γ-квантов, если оно было сформировано в возбужденном состоянии . С другой стороны, электронная обработка реорганизуется, чтобы заполнить пробел, оставленный захваченным электроном во внутренних слоях. Эта реорганизация сопровождается испусканием рентгеновских лучей и / или оже-электронов.

Этот процесс иногда называют обратным бета-распадом, хотя этот термин также может относиться к взаимодействию между электронным антинейтрино и протоном.

Резюме

1 История
2 Фундаментальная точка зрения

3 Энергетические аспекты

3.1 Q значение
3.2 Нейтрино
3.3 Сердечник отдачи

5.1 Теоретический формализм
5.2 Сжатая среда
5.3 Ионизированный атом

6.1 Порог излучения позитронов
6.2 Конкуренция

10.1 Радиационный захват электронов
10.2 Электронный двойной захват
10.3 Захват мюонов

12.1 Примечания
12.2 Ссылки

Исторический

Джан-Карло Вик был первым, кто предположил существование распада электронного захвата.

Луис Альварес был первым, кто экспериментально наблюдал электронный захват.

В июне 1933 года Ирен и Фредерик Жолио-Кюри первыми предложили возможность уменьшения ядра после поглощения электрона. Таким образом, они пишут в Journal of Physics and Radium: «Мы все еще можем предположить, что неизвестный изотоп Na ₂₂ нестабилен и самопроизвольно превращается в Ne _{22 в} результате захвата внеядерного электрона. Впоследствии было показано, что содержание натрия 22 эффективно уменьшается за счет захвата электронов примерно на 10%.

Электронный захват был первым теоретизировалась Джан-Карло Wick в статье , опубликованной в итальянском 3 марта 1934 г. В этой статье, Wick применяет недавнюю теорию бета — распада , предложенный Энрико Ферми и представляет другой возможный распад более бета + радиоактивности , открытие об этом было объявлено шестью неделями ранее, 15 января 1934 года, Ирен Кюри и Фредерик Жолио перед Академией наук. Он вычисляет вероятность распада за счет испускания позитронов и захвата электронов. В связи с открытием β + -радиоактивности парой Жолио-Кюри Эмилио Сегре пишет, что есть небольшие сомнения в том, действительно ли Вик был первым, кто упомянул захват K-электронов и вычислил его вероятность, даже если Жолио-Кюри это сделает. не упоминают об электронном захвате в своем отчете за 1934 г. Возможность электронного захвата также рассматривалась Гансом Бете и Рудольфом Пайерлсом через два месяца после статьи Вика. Впоследствии расчет Вика был поднят и улучшен Хидеки Юкава и Шоичи Саката (ru) .

Электронный захват K-электрона впервые наблюдал Луис Альварес при распаде ванадия 48 . Он описал свой опыт в статье Physical Review, опубликованной в 1937 году. Ванадий 48 был получен бомбардировкой титана дейтронами , в то время как детектирование Х-фотонов, характерных для титана, производилось с использованием фольги, алюминия. Трехлетний период, отделяющий теоретическое предсказание от экспериментального наблюдения, объясняется трудностью измерения X-фотона или оже-электрона, который возникает в результате атомной перестройки, которая следует за захватом электрона. Впоследствии Альварес продолжил изучение электронного захвата в галлии-67, а также в других нуклидах. Несколько лет спустя Кирквуд и др. в 1948 г. и Понтекорво и др. в 1949 г. наблюдал электронный захват L электрона при распаде аргона 37 . Затем PW Dougan во время своей докторской диссертации измерил захват M-электрона в 1961 году при распаде германия 71 .

Фундаментальная точка зрения

Диаграмма Фейнмана электронного захвата.

Поскольку протон и нейтрон не являются элементарными частицами , процесс захвата электрона включает на фундаментальном уровне верхние и нижние кварки, из которых состоят протоны и нейтроны. Электрослабая теория предсказывает , что W + бозона происходит обмен между кварк и электрон , преобразующего вверх кварк в вниз кварка и электрона в нейтрино-электрон .

Энергетические аспекты

Значение Q

Значение Q выражает количество энергии, выделяемой в результате реакции. В случае реакции электронного захвата она равна

Q знак равно M Z В Икс против 2 — M Z — 1 В Y против 2 + E * — B нет Икс + [ ∑ я знак равно 1 Z B я Икс — ∑ я знак равно 1 Z — 1 B я Y ] _ ^ X> c ^ -M _ _ ^ Y> c ^ + E ^ — B_ ^ + \ left [\ sum _ ^ B_ ^ — \ sum _ ^ B_ ^ \ right]>

где и — соответственно массовые энергии родительского ядра (до распада) и дочернего ядра (после распада), энергия возбуждения родительского ядра (равная 0 МэВ, кроме случая изомеров ), — энергия связи электрон, который участвовал в процессе и соответствует разнице в энергии между атомными орбиталями отцовского ядра ( ) и дочернего ядра ( ). Этим последним членом обычно пренебрегают, за исключением случая тяжелых атомов (с большим атомным номером Z), где это значение может достигать около 10 кэВ. Напротив, он может достигать сотен кэВ в самых тяжелых ядрах, таких как висмут 208 , и, как правило, им не пренебрегают. M Z В Икс против 2 _ ^ X> c ^ > M Z — 1 В Y против 2 _ ^ Y> c ^ > E * > B нет Икс ^ > [ ∑ я знак равно 1 Z B я Икс — ∑ я знак равно 1 Z — 1 B я Y ] ^ B_ ^ — \ sum _ ^ B_ ^ \ верно]> B я Икс <\ displaystyle B_ ^ > B я Y <\ displaystyle B_ ^ > B нет >

Принимая во внимание тот факт, что реакция может иметь место только при положительном значении Q (энергия выделяется системой), электронный захват происходит только тогда, когда

M Z В Икс против 2 — M Z — 1 В Y против 2 + E * — B нет Икс + [ ∑ я знак равно 1 Z B я Икс — ∑ я знак равно 1 Z — 1 B я Y ] > 0 _ ^ X> c ^ -M _ <> _ ^ Y> c ^ + E ^ < *>-B_ ^ + \ left [\ sum _ ^ B_ ^ — \ sum _ ^ B_ ^ \ right]> 0>

На практике и часто пренебрежимо малы по сравнению с разницей масс родительского и дочернего ядер (тем более, если мы рассматриваем электроны L, M, N, . ) оболочек, что сводится к утверждению, что электронная захват происходит, как только дочернее ядро становится менее массивным, чем родительское ядро. Тем не менее, наличие этого порога позволяет, например, объяснить, почему распад за счет электронного захвата америция 244 в его основном состоянии не наблюдался, в то время как этот режим распада наблюдался, хотя и с малой вероятностью, в его изомере при 86,1 кэВ. . Действительно, разница масс между ²⁴⁴Am и ²⁴⁴Pu составляет около 75 кэВ / c², в то время как энергия связи электронов оболочки K составляет порядка 140 кэВ. Таким образом, распад электронным захватом ²⁴⁴Am возможен только путем захвата электрона из верхних слоев (L, M, N, . ), что гораздо менее вероятно, чем захват электрона из слоя K. С другой стороны. , в изомере ²⁴⁴ᵐAm возможен электронный захват K-слоя, поскольку необходимо учитывать энергию возбужденного уровня. Таким образом, имеется «доступная» энергия 164 ± 9 кэВ, которая больше, чем 140 кэВ, соответствующая энергии связи электрона в оболочке K. Чем больше вероятность, тем больше можно наблюдать этот режим распада. До 0,036 ± 0,001 %. B нет Икс ^ > [ ∑ я знак равно 1 Z B я Икс — ∑ я знак равно 1 Z — 1 B я Y ] ^ B_ ^ — \ sum _ ^ B_ ^ \ верно]>

Нейтрино

После захвата электрона два тела могут делить энергию: ядро отдачи и нейтрино-электрон. Это приводит к тому, что эти две частицы имеют четко определенную кинетическую энергию в отличие от случая бета-распада, когда энергетический спектр является непрерывным из-за присутствия третьей частицы (бета-частицы). Таким образом, энергия нейтрино зависит только от доступной энергии. Как указывалось в предыдущем разделе, эта энергия зависит главным образом от массы отцовского и дочернего ядер и от энергии связи электронной оболочки, на которой расположен электрон, участвующий в захвате электрона. Таким образом, для данного родительского ядра нейтрино может принимать несколько разных энергий в зависимости от различных задействованных электронных слоев (K, L, M, . ).

Принимая во внимание сохранение энергии и импульса , пренебрегая релятивистскими эффектами и учитывая безмассовое нейтрино, мы показываем, что кинетическая энергия нейтрино выражается с помощью следующего соотношения

Т ν знак равно M Y против 2 ( — 1 + 1 + 4 Q 2 M Y против 2 ) = M_ c ^ \ left (-1 + <2M_ c ^ >>>) > \ right)>

Демонстрация

Из закона сохранения энергии мы можем написать

где — значение Q, указанное в предыдущем разделе, и — кинетические энергии нейтрино и ядра отдачи соответственно. Отцовское ядро, находящееся в состоянии покоя в момент распада (его импульс равен нулю), мы можем записать согласно закону сохранения импульса. Q Т ν > Т Y > п ν знак равно п Y = p_ >

Выразив кинетическую энергию ядра отдачи в ее классическом виде и затем заменив на , получим п Y > п ν >

Q знак равно Т ν + п Y 2 2 M Y знак равно Т ν + п ν 2 2 M Y + ^ > >> = T _ + <\ frac

>>>

Более того, поскольку нейтрино считается безмассовым, его импульс выражается соотношением . Таким образом, складывая числитель и знаменатель, получаем п ν знак равно Т ν против = > >> против 2 >

Q знак равно Т ν + п ν 2 против 2 2 M Y против 2 знак равно Т ν + Т ν 2 2 M Y против 2 + ^ c ^ > c ^ >> = T _ + ^ > c ^ >>>

Тогда речь идет о решении этого квадратного уравнения . Перепишем уравнение в виде

в Т ν 2 + б Т ν + против знак равно 0 ^ + bT _ + c = 0>

с , и . Дискриминант равен в знак равно 1 2 M Y против 2 c ^ >>> б знак равно 1 против знак равно — Q

Δ знак равно б 2 — 4 в против знак равно 1 + 4 Q 2 M Y против 2 -4ac = 1 + c ^ >>>

Тогда два решения

Т ν знак равно — б ± Δ 2 в знак равно — 1 ± 1 + 4 Q 2 M Y против 2 2 2 M Y против 2 знак равно M Y против 2 ( — 1 ± 1 + 4 Q 2 M Y против 2 ) = >> > = c ^ >>>>> <\ frac c ^ >>> = M_ c ^ \ left (- 1 \ pm c ^ >>>> \ right)>

Среди двух математически правильных решений только решение со знаком «+» является физически правильным, поскольку решение со знаком «-» дает отрицательную кинетическую энергию. Наконец, кинетическая энергия нейтрино, следовательно, равна

Т ν знак равно M Y против 2 ( — 1 + 1 + 4 Q 2 M Y против 2 ) = M_ c ^ \ left (-1 + <2M_ c ^ >>>) > \ right)>

Из этого результата можно увидеть, что нейтрино забирает почти всю доступную энергию. Действительно, отношение близко к 0 (величина Q порядка МэВ, а массовая энергия составляет несколько десятков и даже сотен МэВ). Затем можно применить развитие, ограниченное порядком 1, что приводит к соотношению . 4 Q 2 M Y против 2 c ^ >>> Т ν ≈ Q \ приблизительно Q>

Ядро отдачи

Сохранения импульса позволяет нам продемонстрировать , что кинетическая энергия ядра отдачи ,, обычно выражается с использованием следующего соотношения Т Y >

где — энергия нейтрино, связанного с данной электронной оболочкой, — масса дочернего ядра Y (после распада) и — скорость света в вакууме. Т ν > M Y > против

Демонстрация

Это соотношение получается непосредственно из сохранения импульса в предположении безмассового нейтрино и пренебрежении релятивистскими эффектами . Отцовское ядро, находящееся в состоянии покоя в момент распада (его импульс равен нулю), мы можем написать . Кроме того, кинетическая энергия ядра отдачи выражается следующим соотношением: . Если импульсы двух задействованных тел (нейтрино и ядра отдачи) равны, получаем . Наконец, поскольку нейтрино считается безмассовым, его импульс выражается соотношением . Таким образом, получаем соотношение п ν знак равно п Y = p_ > Т Y знак равно п Y 2 2 M Y <\ displaystyle T_ = <\ frac <2M_ >>> E Y знак равно п ν 2 2 M Y <\ displaystyle E_ = ^ > <2M_ >>> п ν знак равно Т ν против = > >>

Этой величиной можно пренебречь, за исключением случая Be, где энергия отдачи Li составляет 57 эВ в случае захвата электрона оболочкой K. Эта энергия отдачи была впервые измерена в 1997 году Массимилиано Галеацци и его коллегами. соавторы.

Перестановка электронного шествия

Диаграмма, показывающая захват электрона и последующую атомную перегруппировку.

Свободный протон не может распадаться на нейтрон при захвате электрона; протоны и нейтроны должны быть частью ядра. Во время электронного захвата электрон, расположенный на атомной орбитали , обычно в слоях K или L, захватывается протоном, что приводит к распаду остова. Захват электрона создает дыру на орбитали, где он находился. Затем электроны перестраиваются на слоях, чтобы снова заполнить орбитали более низких энергий. Затем происходят различные электронные переходы, пока все слои не заполнятся. Каждый переход (переход электрона из данного слоя в более низкий энергетический слой) сопровождается испусканием X-фотона или оже-электрона .

Энергия X-фотона или оже-электрона в точности равна разнице энергий между двумя электронными уровнями. Предполагая захват электрона из K-оболочки протоном и переход электрона из L-оболочки в K-оболочку для заполнения зазора, тогда энергия испускаемого X-фотона, E _X , определяется соотношением:

где E _K и E _L — соответственно энергия слоев K и L. Вместо излучения X-фотона также можно передать эту избыточную энергию другому электрону электронного процесса, который затем будет вытеснен из l атома; это эффект Оже . Энергия этого электрона E _e определяется выражением (при условии, что он находится на M-оболочке):

где E _M — энергия M-оболочки.

Таким образом, полная перестройка атома может сопровождаться несколькими испусканиями оже-электронов и / или фотонов X. Более того, возможно, что начальный промежуток заполнен свободным электроном. Затем излучается одиночный X-фотон (или одиночный оже-электрон) с энергией, равной энергии уровня, на котором образовалась щель.

Время полураспада

Относительно большие периоды полураспада, наблюдаемые при захвате электронов, объясняются тем, что этот процесс определяется слабым взаимодействием . Таким образом, самые короткие времена полураспада составляют порядка миллисекунды (10 −3 с) по сравнению с периодами полураспада возбужденных состояний ядра, определяемых сильным взаимодействием, порядка 10 −21. s для самого короткого. Два фактора особенно влияют на период полураспада:

значение Q: чем оно больше, тем короче период полураспада;
ядерная структура родительских и дочерних ядер: чем меньше разница в спину между начальным и конечным состояниями, тем короче период полураспада. Таким образом, это позволяет объяснить период полураспада Ca, который составляет приблизительно 100 000 лет. Действительно, основное состояние Ca имеет спин 7/2 ħ и отрицательную четность, в то время как его дочернее ядро, ⁴¹K , имеет основное состояние со спином 3/2 положительного и положительной четности. Разница спинов 2ħ, а также изменение четности объясняют относительно медленный распад этого ядра.

В дополнение к этим двум факторам необходимо добавить третий, который соответствует вероятности нахождения электрона в атомном ядре. В общем, эта вероятность является наиболее важной для электронов, находящихся на самых внутренних электронных слоях (K, L, M слои, . в порядке важности). Таким образом, чем больше главное квантовое число электрона, тем меньше вероятность его присутствия внутри ядра. То же самое и для вторичного квантового числа ; чем он больше, тем более размытой будет волновая функция электрона, тем самым уменьшая вероятность его присутствия в ядре.

Электроны самых внутренних слоев обычно находятся ближе к ядрам в самых тяжелых ядрах (с большим атомным номером ), что объясняет, почему период полураспада тяжелых ядер, уменьшающийся за счет захвата электронов, обычно короче, чем у более легких ядер .

Теоретический формализм

Сжатая среда

Первое убедительное исследование влияния сжатия атомов на скорость захвата электронов было проведено Р. Ф. Лейнингером, Э. Сегре и К. Вигандом в 1949 году. В этом исследовании распад Be был измерен, когда атомы последние присутствовали в виде оксида бериллия BeO и фторида бериллия BeF₂. Исследование показало, что константа распада бериллия 7 была различной, когда он находился внутри кристаллической матрицы (фторид бериллия) и когда он был один; константа распада Be, присутствующего во фториде бериллия, на 0,16% меньше, чем у свободного Be. Другие исследования бериллия показали, что отклонение между константами распада может достигать 1% в других материалах. Это уменьшение постоянной распада происходит из-за того, что захват электрона становится более вероятным, когда атом сжат, электроны находятся ближе к ядру.

Ионизированный атом

Как и внутренняя конверсия , этот процесс не может происходить, если атом полностью ионизирован, поскольку ядро не может захватить электроны. Это помогает объяснить, почему 7 Be устойчив в космическом излучении . С другой стороны, несколько исследований показали, что период полураспада ядра, уменьшающийся только за счет захвата электронов, увеличивается, когда оно практически ионизируется. Эти исследования показали, что у гидрогеноидного атома , то есть у атома, у которого остался только один электрон, постоянная распада примерно в 2 раза больше, чем у атома гелиоида (атом n ‘, имеющий только 2 электрона); гелиоид поэтому уменьшается вдвое медленнее, чем гелиоид. Этот результат противоречит здравому смыслу, согласно которому вероятность уменьшения вдвое важнее, когда электронов два, а не один. Теоретическая работа позволяет воспроизвести эти результаты, существенно учитывая сохранение углового момента в системе ядро плюс электрон.

В этих двух экспериментах также было показано, что нейтральный атом также убывает медленнее, чем водородоидный атом . Объяснение такое же, как и в случае гелиоида.

Конкуренция между захватом электронов и эмиссией позитронов

Порог излучения позитронов

Подобно захвату электронов, испускание позитронов может происходить в ядрах, дефицитных по нейтронам. С энергетической точки зрения последнее может иметь место только в том случае, если масса родительского ядра по крайней мере на 1,022 МэВ / c² больше, чем масса дочернего ядра. Причина в следующем. В реакции:

Ядро X имеет Z электронов, как и первичный продукт распада Y, в атомном ядре которого на один протон меньше, чем в X. Следовательно, дочернее ядро Y отрицательно ионизируется сразу после распада эмиссии позитрона. Таким образом, дополнительный электрон будет высвобожден и должен быть учтен в энергетическом балансе реакции. Энергия распада, величина Q , которая соответствует разнице в энергии между конечной системой и исходной системой, записывается:

Спонтанно происходят только экзотермические реакции, поскольку они не требуют ввода внешней энергии. Таким образом, чтобы было возможно испускание позитронов, Q должно быть отрицательным. Это так, если:

Пренебрегая массой нейтрино-электрона, менее 2 эВ / c² в соответствии с последней оценкой Particle Data Group , мы делаем вывод, что испускание позитрона возможно только тогда, когда разница масс между родительским ядром и дочерним ядром больше, чем вдвое больше массы электрона (электрон и позитрон имеют одинаковую массу, 511 кэВ / c²), или 1,022 МэВ / c².

Соревнование

Таким образом, захват электронов — единственный способ распада, доступный для ядер с дефицитом нейтронов, для которого испускание позитронов невозможно. За пределами этого порога происходит конкуренция между захватом электронов и испусканием позитронов. Вообще говоря, отношение между вероятностью уменьшения за счет захвата электронов, P _ε , и вероятностью уменьшения за счет β + радиоактивности , P _{β +} , составляет:

Это понимается тем фактом, что, с одной стороны, вероятность присутствия в ядре электрона 1s увеличивается с атомным номером, а с другой стороны, создание позитрона, который является положительно заряженной частицей, не является не благоприятен из-за кулоновского отталкивания протонов ядра, тем более что число протонов велико.

Точнее, соотношение между двумя вероятностями определяется следующим образом:

п ϵ п β + знак равно π 2 q K 2 грамм K 2 B K ж 0 [ 1 + п L п K + п M п K + . . . ] > >>> = > ^ g_ ^ B_ > >> \ left [1 + > > + > > + . \ right]>

для разрешенного перехода и:

для однократного запрещенного перехода, где:

q _K — энергия нейтрино, связанного с электроном K-оболочки;
f и g — компоненты радиальных волновых функций электрона;
B — коэффициент обмена;
ΔJ — разница между начальным и конечным моментами количества движения;
P _K , P _L , P _M , . соответственно вероятности захвата электрона электронной оболочкой K, L, M, .

Использование электронного захвата

Галлий-67 имеет время полужизни около 3 дней , и уменьшается только с помощью электронного захвата на возбужденные состояния цинка 67 , который затем испускает гамма — фотоны , чтобы достичь своего состояния заземления. Эти фотоны используются при сканировании галлия ( дюйм ) . Этот метод медицинской визуализации используется, когда конкурирующий метод, позитронно-эмиссионная томография , недоступен. Таким образом, галлий-67 используется из-за этих химических свойств, его относительно адекватного периода полураспада и его уменьшения, которое приводит к испусканию гамма-лучей.

Обозначения

Захваченный электрон является одним из электронов, присутствующих в электронном потоке атома; следовательно, это не столкновение между ядром и электроном, прибывающим извне, как можно было бы предположить из обозначения реакции выше. Обозначения действительно неоднозначны, потому что они идентичны другому явлению, называемому ионизацией электронным ударом. Это явление соответствует захвату электрона, приходящего извне атома, атомом или молекулой. Это явление в основном имеет место в плазме . Чтобы различить эти два явления, мы иногда встречаем следующие надписи, обозначающие орбитальный захват электрона:

где указание на то, что это ядерный процесс захвата электронов, дано знаком «CE» над стрелкой.

Общие примеры

В 1977 году Вальтер Бамбинек отметил существование около 500 ядер, которые частично или только уменьшаются за счет электронного захвата. Среди них — список основных радиоизотопов, которые распадаются только за счет электронного захвата и имеют период полураспада более 1 года:

Радиоизотоп	Время полураспада
26 Al	(7,17 ± 0,24) × 10⁵ лет
41 Ca	(1,002 ± 0,017) × 10⁵ лет
44 Ti	60,0 ± 1,1 года
53 Мн	(3,74 ± 0,04) × 10⁶ лет
55 Fe	2,747 ± 0,008 года
59 Нор	(76 ± 5) × 10³ лет
81 кр	(2,29 ± 0,11) × 10⁵ лет
91 Nb	(6,8 ± 1,3) × 10² лет
93 МБ	(4,0 ± 0,8) × 10³ лет
97 Тс	(4,21 ± 0,16) × 10⁶ лет
101 Rh	3,3 ± 0,3 года
109 Кд	461,9 ± 0,4 дня
133 Ba	10,540 ± 0,006 года
137	(6 ± 2) × 10⁴ лет
145 вечера	17,7 ± 0,4 года
146 вечера	5,53 ± 0,5 года
150 евро	36,9 ± 0,9 года
157 Тб	71 ± 7 лет
163 Ho	4570 ± 25 лет
173 Читать	1,37 ± 0,01 года
174 Читать	3,31 ± 0,05 года
172 Hf	1,87 ± 0,03 года
179 Ваш	1,82 ± 0,03 года
193 Пт	50 ± 6 лет
194 рт.	444 ± 77 лет
202 Пб	(52,5 ± 2,8) × 10³ лет
205 Пб	(1,73 ± 0,07) × 10⁷ лет
208 Би	(3,68 ± 0,04) × 10⁵ лет

Другие связанные процессы

Радиационный электронный захват

Как и в случае всех процессов бета-распада, может случиться так, что захват электрона сопровождается испусканием гамма-фотона в дополнение к нейтрино. Энергия нейтрино больше не принимает однозначное значение, а подчиняется распределению, поскольку доступная энергия распределяется между тремя телами. Этот гамма-луч можно понимать как своего рода « внутреннее тормозное излучение », которое имеет место, когда захваченный электрон электромагнитно взаимодействует с ядром. Присутствие фотонов, сопровождающих бета-распады, было известно со времен Дж. Х. Астона в 1927 году. Десять лет спустя Кристиан Мёллер указывает, что это явление также должно иметь место при захвате электронов. Первое экспериментальное наблюдение радиационного электронного захвата было опубликовано H. Bradt et al. в 1946 г.

Первое теоретическое описание явления было дано Филипом Моррисоном и Леонардом И. Шиффом (in) в статье, опубликованной в 1940 году.

Двойной электронный захват

Двойной электронный захват — это процесс распада, в котором два орбитальных захвата электрона происходят одновременно. В реакции написано:

Этот способ уменьшения может иметь место только в том случае, если масса дочернего нуклида меньше массы родительского нуклида. На практике этот режим распада, как и двойной бета-распад , очень медленный; таким образом, его наблюдение возможно только тогда, когда другие способы уменьшения, гораздо более вероятные, не могут иметь место. Таким образом, периоды полураспада очень велики и составляют порядка 10-20 лет. В 2014 году только распад бария 130 в результате двойного захвата электрона мог быть продемонстрирован на основе геохимических аргументов. В 2019 году наблюдается распад ксенона-124 с периодом полураспада, самым длинным из когда-либо измеренных, (1,8 ± 0,6) × 10 22 года (в 1300 миллиардов раз больше возраста Вселенной ).

Захват мюона

Мюонов является лептоном — так же , как электрон — принадлежащий ко второму поколению (а электрон принадлежит к первому). При замене электронов, принадлежащих электронному процессу атома, на мюоны, захват мюона ядром приводит к следующей реакции

где µ обозначает мюон, X — материнское ядро, Y — дочернее ядро, а ν _µ — мюонное нейтрино. Дочернее ядро создается в возбужденном состоянии . Чтобы достичь своего основного состояния , он испускает фотоны и / или частицы, такие как протоны , нейтроны , альфа-частицы, .

Связанная статья

Примечания и ссылки

Заметки

↑ a и b Однако есть исключения, такие как 40 K, где вероятность захвата L-электрона больше, чем вероятность захвата K-электрона.
↑ Как часто, мы обозначаем здесь спином полный угловой момент , то есть сумму орбитального углового момента и спина нуклона (ов), которые населяют состояние.

Процесс выдачи	Эмиссия нейтронов · Эмиссионная томография · Эмиссия протонов · Радиоактивность 2-протона
Захватывать	Захват электронов · Захват протонов (in) · Захват нейтронов

Какая энергия выделяется при захвате электрона

4.1.2. Электроотрицательные газы, применение газообразных диэлектриков.

Наибольшее применение из газов в энергетике имеет воздух. Это связано с дешевизной, общедоступностью воздуха, простотой создания, обслуживания и ремонта воздушных электроизоляционных систем, возможностью визуального контроля. Объекты, в которых применяется воздух в качестве электрической изоляции — линии электропередач, открытые распределительные устройства, воздушные выключатели и т.п.

Электроотрицательными называются газы, молекулы которых обладают сродством к электрону, это означает, что при захвате электрона и превращении молекулы в отрицательный ион выделяется энергия. Этот процесс приводит к явлению прилипания электронов , и уменьшению, тем самым, эффективного коэффициента ударной ионизации на значение коэффициента прилипания h.

a _эфф= a — h

Поэтому электроотрицательные газы имеют повышенную электрическую прочность.
Из электроотрицательных газов с высокой электрической прочностью наибольшее применение нашел элегаз SF_6. . Свое название он получил от сокращения “электрический газ”. Уникальные свойства элегаза были открыты в России, его применение также началось в России. В 30 х годах известный ученый Б.М. Гохберг исследовал электрические свойства ряда газов и обратил внимание на некоторые свойства шестифтористой серы SF₆. Электрическая прочность при атмосферном давлении и зазоре 1 см составляет Е=89 кВ/см. Молекулярная масса составляет 146, характерным является очень большой коэффициент теплового расширения и высокая плотность. Это важно для энергетических установок, в которых проводится охлаждение каких-либо частей устройства, т.к. при большом коэффициенте теплового расширения легко образуется конвективный поток, уносящий тепло. Из теплофизических свойств: температура плавления= -50 ° С при 2 атм, температура кипения (возгонки)= -63° С, что означает возможность применения при низких температурах.

Из других полезных свойств отметим следующие: химическая инертность, нетоксичность, негорючесть, термостойкость (до 800° С), взрывобезопасность, слабое разложение в разрядах, низкая температура сжижения . В отсутствие примесей элегаз совершенно безвреден для человека. Однако продукты разложения элегаза в результате действия разрядов (например в разряднике или выключателе) токсичны и химически активны.

Комплекс свойств элегаза обеспечил достаточно широкое использование элегазовой изоляции. В устройствах элегаз обычно используется под давлением в несколько атмосфер для большей компактности энергоустановок, т.к. электрическая прочность увеличивается с ростом давления. На основе элегазовой изоляции созданы и эксплуатируются ряд электроустройств, из них кабели, конденсаторы, выключатели, компактные ЗРУ (закрытые распределительные устройства). Наиболее широкое применение элегаз нашел за рубежом, в особенности в Японии. Например, использование элегаза позволяет в десятки раз уменьшить размеры распредустройств, что очень актуально при высокой стоимости земли для размещения энергохозяйства. Это выгодно даже несмотря на высокую стоимость элегаза — более 10$ за 1 килограмм.

Какая энергия выделяется при захвате электрона

Электронный захват

Распределение энергии и импульса

Влияние окружения на вероятность e-захвата

См. также

Какая энергия выделяется при захвате электрона

Вам может понравиться Все решебники

Электронный захват

Резюме

Исторический

Фундаментальная точка зрения

Энергетические аспекты

Значение Q

Нейтрино

Ядро отдачи

Перестановка электронного шествия

Время полураспада

Теоретический формализм

Сжатая среда

Ионизированный атом

Конкуренция между захватом электронов и эмиссией позитронов

Порог излучения позитронов

Соревнование

Использование электронного захвата

Обозначения

Общие примеры

Другие связанные процессы

Радиационный электронный захват

Двойной электронный захват

Захват мюона

Связанная статья

Примечания и ссылки

Заметки

Рекомендации

Какая энергия выделяется при захвате электрона

Добавить комментарий Отменить ответ