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電子捕獲（K電子捕獲、K捕獲とも、L電子捕獲、L捕獲とも呼ばれる）は、電気的に中性な原子の陽子に富む核が、通常はKまたはL電子殻から原子内部の電子を吸収するプロセスです。このプロセスにより、核陽子が中性子に変化し、同時に電子ニュートリノが放出されます。
この放出された単一のニュートリノは崩壊エネルギー全体を運ぶため、この単一の特性エネルギーを持ちます。同様に、ニュートリノ放出の運動量により、娘原子は単一の特性運動量で反跳します。
結果として生じた娘核種は、励起状態にある場合、基底状態へ遷移する。通常、この遷移中にガンマ線が放出されるが、内部転換によって核の脱励起が起こることもある。
原子から内側の電子が捕獲された後、外側の電子が捕獲された電子と置き換わり、この過程で1 つ以上の特性 X 線光子が放出されます。電子捕獲によってオージェ効果が発生することもあります。オージェ効果では、より低いエネルギーの電子状態を求める過程で原子の電子間の相互作用により、電子が原子の電子殻から放出されます。
電子捕獲後、原子番号は1 つ減り、中性子数は 1 つ増えますが、質量数には変化がありません。単純な電子捕獲だけでは、電子殻の電子の損失が正の原子核電荷の損失と釣り合うため、中性原子になります。ただし、オージェ電子のさらなる放出により、正の原子イオンが発生する可能性があります。
電子捕獲は、4 つの基本的な力の 1 つである弱い相互作用の一例です。
電子捕獲は、原子核内に陽子が比較的過剰に存在するが、同位体とその将来の娘核種（正電荷が 1 つ少ない同重体）との間のエネルギー差が不十分で、核種が陽電子を放出して崩壊しない場合の、主要な崩壊モードです。電子捕獲は、陽電子放出によって崩壊するのに十分なエネルギーを持つ放射性同位体にとって、常に代替の崩壊モードです。電子捕獲は、弱い力によって媒介される基本的な核プロセスが同じであるため、ベータ崩壊の一種として含まれることがあります[1] 。原子核物理学では、ベータ崩壊は、ベータ線（高速エネルギー電子または陽電子）とニュートリノが原子核から放出される放射性崩壊の一種です。電子捕獲は逆ベータ崩壊と呼ばれることもありますが、この用語は通常、電子反ニュートリノと陽子の相互作用を指します。[2]
親原子と娘原子のエネルギー差が 1.022 MeV未満の場合 、十分な崩壊エネルギーが得られず陽電子放出が禁止され、電子捕獲が唯一の崩壊モードになります。たとえば、ルビジウム 83 (陽子 37 個、中性子 46 個) は、電子捕獲のみによってクリプトン 83 (陽子 36 個、中性子 47 個) に崩壊します (エネルギー差、つまり崩壊エネルギーは約 0.9 MeV)。
歴史
電子捕獲の理論は、 1934年の論文でジャンカルロ・ウィックによって初めて議論され、その後湯川秀樹らによって発展した。K電子捕獲は、ルイス・アルバレスによってバナジウムで初めて観察された。48
五
1937年に報告した。[3] [4] [5]アルバレスはその後、ガリウム中の電子捕獲の研究を続けた（67
ガ
）およびその他の核種である。[3] [6] [7]
反応の詳細
捕獲される電子は原子自身の電子の 1 つであり、以下の反応の記述から推測されるように、新たに入ってくる電子ではありません。電子捕獲の例をいくつか示します。
純粋に電子捕獲によって崩壊する放射性同位体は、完全にイオン化されていれば放射性崩壊を抑制できる（このようなイオンは「剥奪された」と表現されることがある）。このような元素は、超新星爆発のr 過程によって生成される場合、完全にイオン化された状態で放出されるため、宇宙空間で電子に遭遇しない限り放射性崩壊しないという仮説がある。元素分布の異常は、この電子捕獲への影響の結果であると考えられる（誰が？）。逆崩壊も完全なイオン化によって誘発されることがある。例えば、163
ホー
崩壊して163
ダイ
電子捕獲によって、しかしながら、完全にイオン化された163
ダイ
結合状態に崩壊する163
ホー
束縛状態β崩壊の過程によって生じる。[8]
化学結合も、電子の原子核への近さに応じて、電子捕獲率にわずかな程度（一般に 1% 未満）の影響を与える可能性があります。たとえば、7 Be では、金属環境と絶縁環境の半減期に 0.9% の差が見られます。[9]この比較的大きな影響は、ベリリウムが原子核に近い価電子を使用する小さな原子であり、軌道角運動量のない軌道にあるという事実によるものです。s 軌道の電子は（殻または一次量子数に関係なく）、原子核に確率腹を持ち、そのため、原子核に確率節を持つp電子またはd電子よりも電子捕獲の影響を受けやすくなります。
周期表の中央の元素の周辺では、同じ元素の安定同位体よりも軽い同位体は電子捕獲によって崩壊する傾向があり、安定同位体よりも重い同位体は電子放出によって崩壊します。電子捕獲は、質量変化が最も小さく、陽電子放出が常に可能であるとは限らない、より重い中性子不足の元素で最も頻繁に発生します。核反応における質量損失がゼロより大きく2 m e c 2未満の場合、 陽電子放出によるプロセスは発生しませんが、電子捕獲のために自発的に発生します。
一般的な例
電子捕獲のみによって崩壊する一般的な放射性核種には以下のものがあります。
完全なリストについては、核種の表を参照してください。
参照
参考文献
- ^ コッティンガム、WN; グリーンウッド、DA (1986)。原子核物理学入門。ケンブリッジ大学出版局。p. 40。ISBN 978-0-521-31960-7。
- ^ 「Reines - Cowan実験: ポルターガイストの検出」(PDF)。ロスアラモス国立研究所。25 :3。1997年。
- ^ ab アルバレス、ルイス W.; トロワー、W. ピーター (1987)。「第 3 章: 核による K 電子捕獲」。アルバレスを発見: ルイス W. アルバレスの選集、学生と同僚による解説付き。セグレ、エミリオ (解説)。シカゴ大学出版局。pp. 11–12。ISBN 978-0-226-81304-2– archive.orgより。
- ^ 「ルイス・アルバレス、伝記」。ノーベル賞。1968年ノーベル物理学賞。 2009年10月7日閲覧。
- ^ Alvarez, Luis W. (1937). 「核K電子捕獲」. Physical Review . 52 (2): 134–135. Bibcode :1937PhRv...52..134A. doi :10.1103/PhysRev.52.134.
- ^ Alvarez, Luis W. (1937). 「ガリウム67の電子捕獲と内部変換」. Physical Review . 53 (7): 606. Bibcode :1938PhRv...53..606A. doi :10.1103/PhysRev.53.606.
- ^ Alvarez, Luis W. (1938). 「原子核による軌道電子の捕獲」. Physical Review . 54 (7): 486–497. Bibcode :1938PhRv...54..486A. doi :10.1103/PhysRev.54.486.
- ^ Bosch, Fritz (1995). 「貯蔵リングにおける核寿命の操作」(PDF) . Physica Scripta . T59 : 221–229. Bibcode :1995PhST...59..221B. doi :10.1088/0031-8949/1995/t59/030. S2CID 250860726. 2013-12-26にオリジナル(PDF)からアーカイブ。
- ^ Wang, B.; et al. (2006). 「金属環境における7 Be 電子捕獲半減期の変化」. The European Physical Journal A . 28 (3): 375–377. Bibcode :2006EPJA...28..375W. doi :10.1140/epja/i2006-10068-x. S2CID 121883028.
外部リンク
- 「核種のLIVEチャート」。IAEA核データセクション。オーストリア、ウィーン：国際原子力機関。 2020年8月16日閲覧。電子捕獲フィルター付き
