Elektronenvangst

Een minder belangrijke modus … die concurreert met positronemissie

Positronemissie versus elektronvangst
De emissie van een positron en de vangst van een elektron zijn twee reacties die beide resulteren in de vermindering van het aantal protonen met 1 (van Z naar Z-1) en de productie van een neutrino.Het positron dat in de laatste fase van het bètaverval (boven) wordt waargenomen, is een nieuw deeltje dat de 0,511 MeV van zijn rustmassa-energie nodig heeft om te ontstaan. In het geval van elektronenvangst (onder) is er geen dergelijke energiedrempel. In beide gevallen wordt praktisch alle vrijgekomen energie gedragen door de lichte deeltjes.
IN2P3

Elektronenvangst is een verhoudingsgewijs minder belangrijke vervalwijze die wordt veroorzaakt door de zwakke kracht. Het bekendste voorbeeld is kalium 40 : 11% van de kernen van die isotoop van kalium die in ons lichaam aanwezig is, vervalt door elektronenvangst.
De vangst van een elektron veroorzaakt de emissie van een onzichtbaar neutrino door de kern.
De vangst van een elektron heeft hetzelfde effect op een kern als de emissie van een positron: een van de protonen verandert in een neutron, waardoor de globale elektrische lading van de kern met 1 eenheid afneemt. Elektronenvangst is, samen met bèta-positief verval, de manier van de natuur om te garanderen dat geen enkele kern te proton-zwaar wordt.
Ordinair bèta-positief verval heeft geen concurrent op aarde nochtans om een overmaat van neutronen te verminderen, aangezien de vangst van positronen in een wereld gemaakt van antimaterie zou voorkomen.
Het gevangen elektron behoort tot de groep van elektronen die rond de kern draaien. Dergelijke vangsten blijken moeilijk te zijn. De meeste elektronen draaien rond de kern bij afstanden groot vergeleken met de kern. Zelfs de binnenste elektronen van de K-laag zijn ver verwijderd van het zeer kleine volume van de kern waar de zwakke krachten die verantwoordelijk zijn voor de vangst werkzaam zijn en het elektron in een neutrino veranderen. Dit verklaart waarom elektronenvangst moeilijk en daarom zeldzaam is.

De moeilijkheid van elektronenvangst
Zwakke krachten liggen aan de basis van positronenemissie en elektronenvangst. Elektronenvangst komt veel minder vaak voor dan de emissie van een positron. Terwijl bètaverval spontaan kan optreden wanneer dit energetisch is toegestaan, vereist de zwakke kracht voor de vangst van een elektron dat het elektron in nauw contact komt met een proton van de atoomkern. De kans dat een elektron, zelfs een elektron dat tot de binnenste “K”-schil behoort, zich in de kern bevindt, is zeer klein (voor kalium 40 is het volume van de kern minder dan een miljardste van het volume van de K-laag).
IN2P3

Hoewel het vangen van elektronen energiezuiniger is dan positron-emissie, de concurrent ervan. Voor de creatie van een positron is 511 keV nodig, de massa-energie van het positron. Indien de energie die vrijkomt bij het verval kleiner is dan 511 keV, is de emissie van een positron (beta-plus verval) niet toegestaan. Beneden deze energiedrempel wordt elektronenvangst het enige beschikbare proces om een teveel aan protonen te verminderen.
Elektronenvangst gaat vaak ongezien voorbij, omdat het neutrino dat de vrijgekomen energie meeneemt onmogelijk is waar te nemen. De terugspringende kern beweegt ook nauwelijks, en de paar micron die hij bestrijkt is te klein om te worden waargenomen.
Deze gebeurtenissen zouden onopgemerkt blijven, ware het niet dat de kern en de elektronenschillen beide een herstructurering ondergaan. Elektronen worden gewoonlijk uit de binnenste K-laag gevangen, waarbij ‘gaten’ achterblijven. Een atoom met een gat in zijn elektronenstructuur herschikt zichzelf en zendt daarbij röntgenstralen uit of Auger-elektronen. Bij een dergelijke vangst kan de kern ook in een aangeslagen toestand achterblijven, met een hogere energie dan de grondtoestand, waardoor hij desexcitatiegammastralen afgeeft.
Als gevolg hiervan is de bijzondere vervalwijze van elektronenvangst zeer moeilijk te detecteren. Deze bijzondere vervalmodus werd pas in 1937 ontdekt door de Amerikaanse natuurkundige Luis Alvarez (1911-1988), zo’n veertig jaar na de ontdekking van bèta-negatieve radioactiviteit en slechts enkele jaren na de waarneming van het positron en bèta-positief verval.
Luis Alvarez, Nobelprijswinnaar voor natuurkunde, had een lange en briljante carrière als natuurkundige. Zo stelde hij, ver weg van de elektronenvangst, in 1980 een nu beroemde verklaring voor het uitsterven van de dinosauriërs voor, die zou zijn veroorzaakt door een asteroïde die zo’n 160 miljoen jaar geleden op de aarde botste.
Toegang tot pagina in het frans