Záchyt elektronu

Záchyt elektronu (z anglického "electron capture"), známý také jako elektronový záchyt či K záchyt je jev, při kterém je elektron pohlcen jedním z protonů v jádře atomu. V drtivé většině případů se jedná o elektron v nejnižší elektronové slupce (energetické hladině), která se značí K, z toho je také odvozen jeden z názvů. Záchyt ale není omezen jen na tyto elektrony. Vzácně může docházet i k záchytu z 2. nejnižší elektronové slupky označované L. V případě záchytu z L slupky se jev v české literatuře pojmenovává stejně.

Feynmanův diagram nejnižšího řádu pro elektronový záchyt

Záchyt elektronu je někdy nesprávně označován jako inverzní beta rozpad, taková reakce však označuje interakci protonu s elektronovým antineutrinem.

Historie

S ideou mechanismu elektronového záchytu poprvé přišel roku 1934 Gian-Carlo Wick. Teoretické základy položil Hideki Jukawa a další. Záchyt byl poprvé pozorován roku 1937 Luisem Alvarezem v jádrech izotopu vanadu ⁴⁸V.

Záchyt jako typ radioaktivní přeměny

Absorpcí elektronu se jeden z protonů v jádře přemění na neutron a zároveň je vyzářeno elektronové neutrino ( $\nu _{e}$ ), které odnáší drtivou většinu energie z reakce. Zbytek energie je odnesen v hybnosti jádra atomu. Protonové číslo se tak při záchytu sníží o jedna a nukleonové číslo se nezmění. Mateřské a dceřiné izotopy jsou tedy izobary. Hmotnost atomu se tak změní jen velmi málo. Zápis takové přeměny obecného mateřského jádra prvku $X$ na dceřiné jádro prvku $X'$ je

$_{Z}^{A}X~+~e^{-}~\to ~_{Z-1}^{A}X'~+~\nu _{e}.$

Efekt na jádro je tak stejný jako při rozpadu β⁺.

Elektronový záchyt se občas řadí mezi rozpady typu β, protože stejně jako rozpady β⁺ a β^- jej zprostředkovává slabá jadená síla (slabá interakce). Záchyt elektronu se vyskytuje u izotopů s relativním nedostatkem neutronů, jejichž rozpad neuvolní dostatek energie pro tvorbu elektron-pozitronového páru (energetický limit je 1,022 MeV). Pokud se rozpadem jádra uvolní energie větší než 1,022 MeV, pak je jádro vedle záchytu schopné podstoupit i emisi pozitronu.

Díky snížení počtu elektronů v elektronovém obalu o jedna a zároveň stejným snížením počtu protonů v jádře vzniká z neutrálního atomu opět neutrální atom.

Po záchytu elektronu jádrem se vzniklé volné místo v nízké elektronové hladině rychle zaplní jedním z elektronů z vyšších hladin. Energie z přechodu elektronu do nižší hladiny se může vyzářit ve formě rentgenového záření nebo se přenese na jiný elektron v atomovém obalu, ten pak obvykle atom opustí, protože získaná energie je větší než ionizační energie atomu. Druhý případ se nazývá Augerův jev a je častější zpravidla u lehčích atomů. Augerův jev je zodpovědný za to, že se část atomů po záchytu elektronu ionizuje.

Záchyt elektronu se vyskytuje zejména u umělých izotopů, které se v přírodě nevyskytují. Jádra podléhající této přeměně mají zpravidla poločas rozpadu nejvýše v milionech let. Existuje však jedna důležitá výjimka a tou je přirozeně se vyskytující izotop draslíku 40
19 K, který se hojně vyskytuje v zemské kůře.

Záchytu lze zabránit tím, že z obalu atomu odebereme všechny elektrony. Pokud je určité jádro schopné se rozpadat pouze záchytem a pohybuje se ve vakuu bez možnosti elektrony získat, chová se stabilně. Ve výjimečných případech může docházet k tomu, že samotná ionizace atomu učiní jeho jádro nestabilním. Za normálních podmínek se například neutrální izotop ¹⁶³Ho rozpadá na ¹⁶³Dy (dceřiný atom ¹⁶³Dy je zde stabilní). Na druhou stranu jádro plně ionizovaného ¹⁶³Dy je nestabilní a přeměňuje se rozpadem β^- zpět na ¹⁶³Ho. V tomto případě elektron vyzářený z jádra při rozpadu ¹⁶³Dy nemá dostatek energie pro únik z atomu a je rovnou zachycen v elektronovém obalu (jedná se tzv. vázaný β rozpad). Nevzniká tak žádné radioaktivní záření typu β.

Odkazy

Reference

V tomto článku byl použit překlad textu z článku Electron capture na anglické Wikipedii.

Literatura

DAVÍDEK, Tomáš; LEITNER, Rupert. Elementární částice od prvních objevů po současné experimenty. 1. vyd. [s.l.]: Matfyzpress, 2012. 200 s. ISBN 978-80-7378-205-4.