Captura de electrones - Electron capture

Esquema de dos tipos de captura de electrones. Arriba : el núcleo absorbe un electrón. Abajo a la izquierda : un electrón externo reemplaza al electrón "faltante". Se emite un rayo X, de igual energía a la diferencia entre las dos capas de electrones. Abajo a la derecha : en el efecto Auger, la energía absorbida cuando el electrón externo reemplaza al electrón interno se transfiere a un electrón externo. El electrón exterior es expulsado del átomo, dejando un ion positivo.

La captura de electrones ( captura de electrones K , también captura de K , o captura de electrones L , captura de L ) es un proceso en el que el núcleo rico en protones de un átomo eléctricamente neutro absorbe un electrón atómico interno , generalmente de K o L capas de electrones . Por tanto, este proceso convierte un protón nuclear en un neutrón y simultáneamente provoca la emisión de un neutrino electrónico .


pag
  +  
mi-
    →    
norte
  +  
ν
mi

Dado que este único neutrino emitido transporta toda la energía de desintegración , tiene esta única energía característica. De manera similar, el impulso de la emisión de neutrinos hace que el átomo hijo retroceda con un solo impulso característico.

El nucleido hijo resultante , si se encuentra en un estado excitado , pasa a su estado fundamental . Por lo general, se emite un rayo gamma durante esta transición, pero la desexcitación nuclear también puede tener lugar por conversión interna .

Después de la captura de un electrón interno del átomo, un electrón externo reemplaza al electrón que fue capturado y en este proceso se emiten uno o más fotones de rayos X característicos . La captura de electrones a veces también da como resultado el efecto Auger , donde un electrón es expulsado de la capa de electrones del átomo debido a las interacciones entre los electrones del átomo en el proceso de buscar un estado de electrones de menor energía.

Después de la captura de electrones, el número atómico se reduce en uno, el número de neutrones aumenta en uno y no hay cambio en el número de masa . La simple captura de electrones por sí misma da como resultado un átomo neutro, ya que la pérdida del electrón en la capa de electrones se equilibra con una pérdida de carga nuclear positiva. Sin embargo, un ion atómico positivo puede resultar de una mayor emisión de electrones Auger.

La captura de electrones es un ejemplo de interacción débil , una de las cuatro fuerzas fundamentales.

La captura de electrones es el modo de desintegración primario para los isótopos con una sobreabundancia relativa de protones en el núcleo , pero con una diferencia de energía insuficiente entre el isótopo y su posible hija (la isobara con una carga menos positiva ) para que el nucleido se desintegra emitiendo un positrón . La captura de electrones es siempre un modo de desintegración alternativa radiactivos isótopos que hacer tener suficiente energía para decaer por emisión de positrones . La captura de electrones a veces se incluye como un tipo de desintegración beta , porque el proceso nuclear básico, mediado por la fuerza débil, es el mismo. En física nuclear , la desintegración beta es un tipo de desintegración radiactiva en la que un rayo beta (electrón o positrón energético rápido) y un neutrino se emiten desde un núcleo atómico. La captura de electrones a veces se denomina desintegración beta inversa , aunque este término generalmente se refiere a la interacción de un antineutrino electrónico con un protón.

Si la diferencia de energía entre el átomo padre y el átomo hijo es inferior a 1.022  MeV , la emisión de positrones está prohibida ya que no hay suficiente energía de desintegración disponible para permitirla y, por lo tanto, la captura de electrones es el único modo de desintegración. Por ejemplo, el rubidio-83 (37 protones, 46 neutrones) se desintegrará en criptón-83 (36 protones, 47 neutrones) únicamente por captura de electrones (la diferencia de energía, o energía de desintegración, es de aproximadamente 0,9 MeV).

Historia

La teoría de la captura de electrones fue discutida por primera vez por Gian-Carlo Wick en un artículo de 1934, y luego desarrollada por Hideki Yukawa y otros. La captura de electrones K fue observada por primera vez por Luis Alvarez , en Vanadio ,48
V
, que informó en 1937. Álvarez pasó a estudiar la captura de electrones en galio (67
Georgia
) y otros nucleidos.

Detalles de la reacción

Diagramas de Feynman EC de primer orden
Los diagramas de Feynman de primer orden para la desintegración por captura de electrones. Un electrón interactúa con un quark up en el núcleo a través de un bosón W para crear un quark down y un neutrino electrónico . Dos diagramas comprenden el orden principal (segundo), aunque como partícula virtual , el tipo (y la carga) del bosón W es indistinguible.

El electrón que se captura es uno de los electrones del propio átomo, y no un nuevo electrón entrante, como podría sugerir la forma en que se escriben las reacciones anteriores. Algunos ejemplos de captura de electrones son:

26
13
Alabama
 
+  
mi-
    →      
26
12
Mg
 
+  
ν
mi
59
28
Ni
 
+  
mi-
    →      
59
27
Co
 
+  
ν
mi
40
19
K
 
+  
mi-
    →      
40
18
Arkansas
 
+  
ν
mi

Los isótopos radiactivos que se desintegran mediante la captura pura de electrones pueden inhibirse de la desintegración radiactiva si están completamente ionizados (a veces se usa "despojado" para describir tales iones). Se plantea la hipótesis de que tales elementos, si se forman mediante el proceso r en la explosión de supernovas , se expulsan completamente ionizados y, por lo tanto, no sufren desintegración radiactiva mientras no encuentren electrones en el espacio exterior. Se cree que las anomalías en las distribuciones elementales son en parte el resultado de este efecto sobre la captura de electrones. Las desintegraciones inversas también pueden ser inducidas por ionización total; por ejemplo,163
Ho
decae en 163
Dy
por captura de electrones; sin embargo, un completamente ionizado163
Dy
decae en un estado ligado de 163
Ho
por el proceso de -estado ligado β - caries .

Los enlaces químicos también pueden afectar la tasa de captura de electrones en un pequeño grado (en general, menos del 1%) dependiendo de la proximidad de los electrones al núcleo. Por ejemplo, en 7 Be, se ha observado una diferencia del 0,9% entre las vidas medias en ambientes metálicos y aislantes. Este efecto relativamente grande se debe al hecho de que el berilio es un átomo pequeño que emplea electrones de valencia que están cerca del núcleo, y también en orbitales sin momento angular orbital. Los electrones en los orbitales s (independientemente de la capa o el número cuántico primario), tienen un antinodo de probabilidad en el núcleo y, por lo tanto, están mucho más sujetos a la captura de electrones que los electrones p o d , que tienen un nodo de probabilidad en el núcleo.

Alrededor de los elementos en el medio de la tabla periódica , los isótopos que son más ligeros que los isótopos estables del mismo elemento tienden a decaer por captura de electrones , mientras que los isótopos más pesados ​​que los estables decaen por emisión de electrones . La captura de electrones ocurre con mayor frecuencia en los elementos más pesados ​​con deficiencia de neutrones, donde el cambio de masa es más pequeño y la emisión de positrones no siempre es posible. Cuando la pérdida de masa en una reacción nuclear es mayor que cero pero menor que 2 m [0-1e-], el proceso no puede ocurrir por emisión de positrones, sino que ocurre espontáneamente para la captura de electrones.

Ejemplos comunes

Algunos radioisótopos comunes que se descomponen únicamente por captura de electrones incluyen:

Para obtener una lista completa, consulte la tabla de nucleidos .

Referencias

enlaces externos