Captura de elétrons - Electron capture

Esquema de dois tipos de captura de elétrons. Acima : o núcleo absorve um elétron. Inferior esquerdo : Um elétron externo substitui o elétron "ausente". Um raio-x, igual em energia à diferença entre as duas camadas de elétrons, é emitido. Inferior direito : No efeito Auger, a energia absorvida quando o elétron externo substitui o interno é transferida para um elétron externo. O elétron externo é ejetado do átomo, deixando um íon positivo.

Captura de electrões ( captura K-electrões , também K-captura ou de captura de G-electrão , L-captura ) é um processo no qual o núcleo rico em protão de um electricamente neutro átomo absorve uma atómica interno de electrões , geralmente a partir do K ou L cascas de elétrons . Esse processo, portanto, transforma um próton nuclear em um nêutron e, simultaneamente, causa a emissão de um neutrino de elétron .


p
  +  
e-
    →    
n
  +  
ν
e

Uma vez que esse único neutrino emitido carrega toda a energia de decaimento , ele tem essa energia única característica. Da mesma forma, o momento da emissão do neutrino faz com que o átomo filho recue com um único momento característico.

O nuclídeo filho resultante , se estiver em um estado excitado , fará a transição para seu estado fundamental . Normalmente, um raio gama é emitido durante essa transição, mas a desexcitação nuclear também pode ocorrer por conversão interna .

Após a captura de um elétron interno do átomo, um elétron externo substitui o elétron que foi capturado e um ou mais fótons de raios-X característicos são emitidos neste processo. A captura de elétrons às vezes também resulta no efeito Auger , em que um elétron é ejetado da camada de elétrons do átomo devido às interações entre os elétrons do átomo no processo de busca de um estado de elétron de menor energia.

Após a captura de elétrons, o número atômico é reduzido em um, o número de nêutrons é aumentado em um e não há mudança no número de massa . A simples captura de elétrons por si só resulta em um átomo neutro, uma vez que a perda do elétron na camada do elétron é equilibrada por uma perda de carga nuclear positiva. No entanto, um íon atômico positivo pode resultar de mais emissão de elétrons Auger.

A captura de elétrons é um exemplo de interação fraca , uma das quatro forças fundamentais.

A captura de elétrons é o modo de decaimento primário para isótopos com uma superabundância relativa de prótons no núcleo , mas com diferença de energia insuficiente entre o isótopo e sua filha potencial (o isobar com uma carga positiva a menos ) para o nuclídeo decair emitindo um pósitron . Captura de elétrons é sempre um modo de decaimento alternativa para radioativos isótopos que fazem ter energia suficiente para deteriorar por emissão de positrões . A captura de elétrons às vezes é incluída como um tipo de decaimento beta , porque o processo nuclear básico, mediado pela força fraca, é o mesmo. Em física nuclear , o decaimento beta é um tipo de decaimento radioativo no qual um raio beta (elétron energético rápido ou pósitron) e um neutrino são emitidos de um núcleo atômico. A captura de elétrons às vezes é chamada de decaimento beta inverso , embora esse termo geralmente se refira à interação de um antineutrino do elétron com um próton.

Se a diferença de energia entre o átomo pai e o átomo filho for inferior a 1,022  MeV , a emissão de pósitrons é proibida porque não há energia de decaimento suficiente disponível para permiti-la e, portanto, a captura de elétrons é o único modo de decaimento. Por exemplo, rubídio-83 (37 prótons, 46 nêutrons) decairá para criptônio-83 (36 prótons, 47 nêutrons) somente por captura de elétrons (a diferença de energia, ou energia de decaimento, é cerca de 0,9 MeV).

História

A teoria da captura de elétrons foi discutida pela primeira vez por Gian-Carlo Wick em um artigo de 1934 e, em seguida, desenvolvida por Hideki Yukawa e outros. A captura de elétrons K foi observada pela primeira vez por Luis Alvarez , em Vanadium ,48
V
, que ele relatou em 1937. Alvarez passou a estudar a captura de elétrons no Gálio (67
Ga
) e outros nuclídeos.

Detalhes de reação

Diagramas de EC Feynman de ordem principal
Os diagramas de Feynman de ordem principal para o decaimento da captura de elétrons. Um elétron interage com um quark up no núcleo por meio de um bóson W para criar um quark down e um neutrino de elétron . Dois diagramas compreendem a (segunda) ordem principal, embora, como uma partícula virtual , o tipo (e carga) do bóson W seja indistinguível.

O elétron que é capturado é um dos próprios elétrons do átomo, e não um elétron novo que chega, como pode ser sugerido pela maneira como as reações acima são escritas. Alguns exemplos de captura de elétrons são:

26
13
Al
 
+  
e-
    →      
26
12
Mg
 
+  
ν
e
59
28
Ni
 
+  
e-
    →      
59
27
Co
 
+  
ν
e
40
19
K
 
+  
e-
    →      
40
18
Ar
 
+  
ν
e

Os isótopos radioativos que decaem por pura captura de elétrons podem ser inibidos do decaimento radioativo se forem totalmente ionizados ("despojado" às vezes é usado para descrever tais íons). A hipótese é que tais elementos, se formados pelo processo r na explosão de supernovas , são ejetados totalmente ionizados e, portanto, não sofrem decaimento radioativo, desde que não encontrem elétrons no espaço sideral. Acredita-se que as anomalias nas distribuições elementares sejam em parte um resultado desse efeito na captura de elétrons. Decaimentos inversos também podem ser induzidos por ionização total; por exemplo,163
Ho
decai em 163
Dy
por captura de elétrons; no entanto, um totalmente ionizado163
Dy
decai em um estado vinculado de 163
Ho
pelo processo de estado ligado β - decaimento .

As ligações químicas também podem afetar a taxa de captura de elétrons em um pequeno grau (em geral, menos de 1%), dependendo da proximidade dos elétrons ao núcleo. Por exemplo, no 7 Be, foi observada uma diferença de 0,9% entre as meias-vidas em ambientes metálicos e isolantes. Esse efeito relativamente grande se deve ao fato de o berílio ser um pequeno átomo que emprega elétrons de valência próximos ao núcleo e também em orbitais sem momento angular orbital. Os elétrons nos orbitais s (independentemente da camada ou do número quântico primário), têm um antinodo de probabilidade no núcleo e, portanto, estão muito mais sujeitos à captura de elétrons do que os elétrons p ou d , que têm um nó de probabilidade no núcleo.

Ao redor dos elementos do meio da tabela periódica , os isótopos mais leves que os isótopos estáveis ​​do mesmo elemento tendem a decair por captura de elétrons , enquanto os isótopos mais pesados ​​que os estáveis ​​decaem por emissão de elétrons . A captura de elétrons acontece com mais frequência nos elementos deficientes de nêutrons mais pesados, onde a mudança de massa é menor e a emissão de pósitrons nem sempre é possível. Quando a perda de massa em uma reação nuclear é maior que zero, mas menor que 2m [0-1e-], o processo não pode ocorrer por emissão de pósitrons, mas ocorre espontaneamente para captura de elétrons.

Exemplos comuns

Alguns radioisótopos comuns que decaem apenas por captura de elétrons incluem:

Para uma lista completa, consulte a tabela de nuclídeos .

Referências

links externos