К-захват – вид бета-распада, при котором ядро спонтанно захватывает электрон с К-оболочки атома и одновременно испускает электронное нейтрино. Подробнее см. Электронный захват.

***

Электронный захват – тип бета-распада ядер, состоящий в захвате ядром электрона с одной из внутренних оболочек атома. При этом один протон ядра превращается в нейтрон, т.е. атом (Z, A) (Z – атомный номер; А – массовое число) превращается в атом (Z–1, А). Это превращение происходит по схеме

 

 

Здесь е^- – электрон, захватываемый ядром атома (Z, А) с К, L и др. оболочек; v_e – электронное нейтрино.
Процесс электронного захвата сопровождается испусканием характеристического рентгеновского излучения атома (Z–1, А), образующегося при заполнении вакансий в его оболочке, а также очень слабого электромагнитного излучения с непрерывным спектром, верхняя граница которого определяется разностью масс начального и конечного атомов (за вычетом энергии кванта характеристического излучения). Это излучение называется внутренним тормозным излучением. Если в результате электронного захвата ядро (Z–1, А) оказывается в возбуждённом состоянии, то процесс сопровождается также испусканием γ-излучения. Если разность масс атомов (Z, А) и (Z–1, А) превосходит удвоенную массу покоя электрона, то с электронным захватом начинает конкурировать бета-распад с испусканием позитрона (β +).
Некоторые нуклиды, претерпевающие электронный захват с переходом в основное состояние дочернего ядра, используются как источники монохроматического рентгеновского излучения, например распады: ⁵⁵Fe→⁵⁵Mn (ε_рентг=5,9 кэВ), ¹⁰⁹Cd→¹⁰⁹Ag (ε_рентг=22 кэВ). Такие источники применяются во многих исследованиях в биомедицине, материаловедении, дефектоскопии и др.
 

***

Электронный захват – процесс, при котором ядро спонтанно захватывает электронын с одной из внутренних оболочек атома (К, L и т. д.) и одновременно испускает электронное нейтрино. При этом заряд ядра (атомный номер) Z уменьшается на 1, а массовое число А остаётся неизменным:

.

Электронный захват также, как и другие виды бета-распада, обусловлен слабыми взаимодействиями. Поэтому вероятности в единицу времени электронный захват (соответственно периоды полураспада) по порядку величины такие же, как и при β⁺- и β^--распадах. Образовавшуюся вакансию в электронной оболочке атома заполняют элетроны других оболочек, в результате чего испускается один или несколько квантов характеристического рентгеновского излучения (или соответствующий оже-электрон). Электронный захват возможен, если масса (или полная энергия) ядра X превышает массу атома У на величину, большую энергии связи в атоме X захватываемого электрона. Если превышение больше 2mc²=1,02 МэВ (то — масса покоя электрона), то с электронным захватом начинает конкурировать позитронный β⁺-распад. Электронный захват свойственен нейтронодефицитным ядрам, более лёгким, чем стабильные (с тем же Z) или β-стабильные. Электронный захват был предсказан японскими физиками X. Юкавой и С. Сакатой в 1936 и обнаружен в 1938 американским физиком Л. Альваресом.
 

***

Третий вид β-распада (электронный зохват) заключается в том, что ядро поглощает один из К-электронов (реже один из L- или М-электронов) своего атома, в результате чего один из протонов превращается в нейтрон, испуская при этом нейтрино:

. (1)

Возникшее ядро может оказаться в возбужденном состоянии. Переходя затем в более низкие энергетические состояния, оно испускает γ-фотоны. Схема процесса выглядит следующим образом:

. (2)

Место в электронной оболочке, освобожденное захваченным электроном, заполняется электронами из вышележащих слоев, в результате чего возникают рентгеновские лучи. Электронный захват легко обнаруживается по сопровождающему его рентгеновскому излучению. Именно этим путем и был открыт К-захват Альварецом в 1937 г.
Примером электронного захвата может служить превращение калия 40К в аргон 40Аг:

.
 

***

Процесс превращения протона в нейтрон с образованием позитрона может происходить в тех случаях, когда неустойчивость ядра вызвана избыточным содержанием в нем протонов. При этом один из протонов, входящих в состав ядра, превращается в нейтрон, возникающий позитрон вылетает за пределы ядра, а заряд ядра на единицу уменьшается. Такой вид радиоактивного распада называется позитронным β-распадом (или β+-распадом) в отличие от ранее рассмотренного электронного β-распада (β^–-распада). Этот вид радиоактивного превращения наблюдается у некоторых искусственно полученных радиоактивных изотопов.
Изменение заряда ядра при β-распаде приводит к тому, что в результате β-распада образуется атом элемента, смещенного на одно место от походного радиоактивного элемента к концу периодической системы (в случае β^–-распада) или к ее началу (в случае β⁺-распада).
К уменьшению заряда ядра на единицу при сохранении массового числа атома приводит не только β⁺-распад, но и электронный захват, при котором один из электронов атомной электронной оболочки захватывается ядром; взаимодействие этого электрона с одним из содержащихся в ядре протонов приводит к образованию нейтрона:

.

Электрон чаще всего захватывается из ближайшего к ядру. К-слоя (К-захват), реже из L- или М-слоев.
 

***

Для многих ядер превращение про¬тона в нейтрон, помимо описанного процесса, происходит посредством электронного захвата, или е-захвата, при котором ядро спонтанно захватывает электрон с одной из внутренних оболочек атома (К, L и т. д.), испуская нейтрино:

. (1)

Необходимость появления нейтрино вытекает из закона сохранения спина. Схема е-захвата:

, (2)

т. е. один из протонов ядра превращается в нейтрон, заряд ядра убывает на единицу и оно смещается влево так же, как и при позитронном распаде.
Электронный захват обнаруживается по сопровождающему его характери¬стическому рентгеновскому излучению, возникающему при заполнении образовавшихся вакансий в электронной оболочке атома (именно так е-захват и был открыт в 1937 г.). При е-захвате, кроме нейтрино, никакие другие частицы не вылетают, т. е. вся энергия распада уносится нейтрино. В этом е-захват (часто его называют третьим видом β-распада) существенно отличается от (β^±-распадов, при которых вылетают две частицы, между которыми и распределяется энергия распада. Примером электронного захвата может слу¬жить превращение радиоактивного ядра бериллия  в стабильное ядро :

.
 

***

Электронный захват, 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

.

Примеры:

,
.

Процессы в электронной оболочке
Электрон захватывается ядром с, как правило, ближайших к нему электронных оболочек (в порядке K, L, M, N, …), причём при прочих равных условиях максимальна вероятность захвата s-электрона. Это обусловлено тем, что плотность волновой функции орбитального электрона в ядре наибольшая для низколежащих электронных оболочек, причём для s-электронов (с нулевым орбитальным моментом l=0) плотность имеет максимум при r=0, а для p-, d-, f-… электронов (l=1, 2, 3, …) плотность в ядре нулевая. Кроме того, плотность электронов в ядре увеличивается с ростом заряда ядра, поэтому электронный захват более вероятен для тяжёлых ядер. В случае захвата электрона с K-оболочки процесс называется К-захватом, с L-оболочки – L-захватом и т. д.
Атом при электронном захвате переходит в возбуждённое состояние с внутренней оболочкой без электрона (или, как говорят, с «дыркой», вакансией на внутренней оболочке). Снятие возбуждения атомной оболочки происходит путём перехода на нижний уровень электрона с одной из верхних оболочек, причем образовавшуюся на более высокой оболочке вакансию может заполнить электрон с ещё более высокой оболочки и т. д. Энергия, выделяющаяся при этом, уносится одним или несколькими фотонами рентгеновского излучения и/или одним или несколькими Оже-электронами. Если электронный захват происходит в атоме, находящемся в вакууме или разреженном газе, распавшийся атом образует, как правило, многозарядный положительный ион вследствие потери оже-электронов; вероятность сохранения атомом нейтральности порядка процента и менее.
 

***

Электронный К-захват. Это такой вид радиоактивного превращения, когда ядро атома захватывает электрон из ближайшего к ядру энергетического К-уровня (электронный К-захват) или, реже, в 100 раз – из L уровня. В результате один из протонов ядра нейтрализуется электроном превращаясь в нейтрон. Порядковый номер нового ядра становится на единицу меньше, а массовое число не изменяется. Ядро испускает антинейтрино. Освободившееся место, которое занимал в К или L-уровне захваченный электрон, заполняется электроном из более удаленных от ядра энергетических уровней. Избыток энергии, освободившийся при таком переходе, испускается атомом в виде характеристического рентгеновского излучения.
Электронный К-захват характерен для 25% всех радиоактивных ядер, но в основном для искусственных радиоактивных изотопов, расположенных в другой половине таблицы Д.И. Менделеева и имеющих излишек протонов (Z=45–105). Только три естественных элемента претерпевают К-захват: калий-40, лантан-139, лютеций-176 .
Некоторые ядра могут распадаться двумя или тремя способами: путем а и β - распада и К-захвата. Калий-40 подвергается, как уже отмечалось, электронному распаду 88% и К-захвату – 12%. Медь-64 превращается в никель (позитронный распад – 19%, К-захват – 42%; (электронный распад - 39%).

 

***

Это процесс превращения атомного ядра в другое ядро с изменением порядкового номера без изменения массового числа. Различают три типа b-распада: электронный, позитронный и захват орбитального электрона атомным ядром. Последний тип распада принято также называть К-захватом, поскольку при этом наиболее вероятно поглощение электрона с ближайшей к ядру К-оболочки. Поглощение электронов с L- и М-оболочек также возможно, но менее вероятно. Период полураспада β-активных ядер изменяется в очень широких пределах.
Число бета-активных ядер, известных в настоящее время, составляет около полутора тысяч, но только 20 из них являются естественными бета-радиоактивными изотопами. Все остальные получены искусственным путем.
Непрерывное распределение по кинетической энергии испускаемых при распаде электронов объясняется тем обстоятельством, что наряду с электроном испускается и антинейтрино. Если бы не было антинейтрино, то электроны имели бы строго определенный импульс, равный импульсу остаточного ядра. Резкий обрыв спектра наблюдается при значении кинетической энергии, равной энергии бета-распада. При этом кинетическая энергия ядра и антинейтрино равна нулю, и электрон уносит всю энергию, выделяющуюся при реакции.
При электронном распаде остаточное ядро имеет порядковый номер на единицу больше исходного при сохранении массового числа. Это означает, что в остаточном ядре число протонов увеличилось на единицу, а число нейтронов, наоборот, стало меньше: N=A-(Z+1).

Позитронный бета-распад.
При позитронном распаде сохраняется полное число нуклонов, но в конечном ядре на один нейтрон больше, чем в исходном. Таким образом, позитронный распад может быть интерпретирован как реакция превращения внутри ядра одного протона в нейтрон с испусканием позитрона и нейтрино.

Электронный захват.
К электронному захвату относится процесс поглощения атомом одного из орбитальных электронов своего атома. Поскольку наиболее вероятен захват электрона с орбиты, наиболее близко расположенной к ядру, то с наибольшей вероятностью поглощаются электроны К-оболочки. Поэтому этот процесс называется также К-захватом.
С гораздо меньшей вероятностью происходит захват электронов с L-, M-оболочек. После захвата электрона с К-оболочки происходит ряд переходов электронов с орбиты на орбиту, образуется новое атомное состояние испускается рентгеновский квант.

Гамма-распад.
Стабильные ядра находятся в состоянии, отвечающем наименьшей энергии. Это состояние называется основным. Однако путем облучения атомных ядер различными частицами или высокоэнергетическими протонами им можно передать определенную энергию и, следовательно, перевести в состояния, отвечающие большей энергии. Переходя через некоторое время из возбужденного состояния в основное, атомное ядро может испустить или частицу, если энергия возбуждения достаточно высока, или высокоэнергетическое электромагнитное излучение – гамма-квант. Поскольку возбужденное ядро находится в дискретных энергетических состояниях, то и гамма-излучение характеризуется линейчатым спектром.

 

Детектор электронного захвата представляет собой ячейку с двумя электродами (ионизационная камера), в которую поступает газ-носитель, прошедший через хроматографическую колонку (рисунок 1). В камере он облучается постоянным потоком β-электронов, поскольку один из электродов изготовлен из материала, являющегося источником излучения (⁶³Ni, ³Н, ²²⁶Ra). Наиболее удобный источник излучения — титановая фольга, содержащая адсорбированный тритий. В детекторе происходит реакция свободных электронов с молекулами определенных типов с образованием стабильных анионов:

,
.

В ионизованном газе-носителе (N₂, Не) в качестве отрицательно заряженных частиц присутствуют только электроны. В присутствии соединения, которое может захватывать электроны, ионизационный ток детектора уменьшается. Этот детектор дает отклик на соединения, содержащие галогены, фосфор, серу, нитраты, свинец, кислород; на большинство углеводородов он не реагирует.