Elektroninfångning

En mindre modus … som konkurrerar med positronemission

Positronemission kontra elektroninfångning
Emission av en positron och infångning av en elektron är tvillingreaktioner som båda resulterar i en minskning av antalet protoner med 1 (från Z till Z-1) och produktion av en neutrino.Den positron som observeras i betasönderfallets slutskede (överst) är en ny partikel som kräver 0,511 MeV av sin vilomassaenergi för att skapas. Det finns ingen sådan energitröskel i fallet med elektroninfångning (nederst). I båda fallen bärs praktiskt taget all frigjord energi av de lätta partiklarna.
IN2P3

Elektroninfångning är ett förhållandevis litet sönderfallssätt som orsakas av den svaga kraften. Det mest kända exemplet är kalium 40 : 11 % av kärnorna av den kaliumisotop som finns i vår kropp sönderfaller genom elektroninfångning.
Elektronens infångning utlöser att kärnan avger en osynlig neutrino.
Infångtagningen av en elektron har samma effekt på en kärna som avgivandet av en positron: en av dess protoner förvandlas till en neutron, vilket minskar kärnans totala elektriska laddning med en enhet. Elektroninfångning, tillsammans med betapositivt sönderfall, är naturens sätt att garantera att ingen kärna blir för proton-tung.
Ordinärt beta-minus sönderfall har dock ingen konkurrent på jorden för att minska ett överskott av neutroner, eftersom infångandet av positroner skulle ske i en värld som består av antimateria.
Den infångade elektronen tillhör den grupp av elektroner som kretsar runt kärnan. Sådana infångningar visar sig vara svåra. De flesta av elektronerna kretsar kring kärnan på stora avstånd jämfört med kärnan. Till och med de innersta elektronerna i K-lagret är långt ifrån kärnans mycket lilla volym där de svaga krafter som är ansvariga för infångningen verkar och förvandlar elektronen till en neutrino. Detta förklarar varför elektroninfångning är svårt och därför sällsynt.

Svårigheten med elektroninfångning
Svaga krafter ligger bakom positronemission och elektroninfångning. Elektroninfångning sker mycket mer sällan än emission av en positron. Medan betasönderfall kan ske spontant när det är energimässigt tillåtet, kräver de svaga krafterna för en elektroninfångning att elektronen kommer i nära kontakt med en proton i kärnan. Sannolikheten för att en elektron, till och med en som tillhör det innersta K-skalet, skulle befinna sig i kärnan är mycket liten (för kalium 40 är kärnans volym mindre än en miljarddel av K-skalets volym).
IN2P3

Elektroninfångst är dock mer energibesparande än positronavgivning, som är dess konkurrent. För att skapa en positron krävs 511 keV, positronens massanergi. Om den energi som frigörs vid sönderfallet är mindre än 511 keV är emission av en positron (beta-plus-sönderfall) inte tillåten. Under denna energitröskel blir elektroninfångning den enda tillgängliga processen för att minska ett överskott av protoner.
Elektoninfångning passerar ofta osedd, eftersom den neutrino som för bort den frigjorda energin är omöjlig att upptäcka. Den rekylande kärnan rör sig också knappt, de få mikroner som den täcker är för små för att observeras.
Dessa händelser skulle gå obemärkt förbi om det inte vore för den omstrukturering som både kärnan och elektronskalen genomgår. Elektroner fångas vanligtvis in från det inre K-skiktet och lämnar ”hål” efter sig. En atom med ett hål i sin elektronstruktur omorganiserar sig själv och avger röntgenstrålar i processen eller Augers elektroner. En sådan infångning kan också lämna kärnan i ett exciterat tillstånd, vid en högre energi dess grundtillstånd, vilket gör att den avger desexciterande gammastrålar.
Som ett resultat av detta är elektroninfångning särskilt sönderfallsläge mycket svårt att upptäcka. Detta särskilda sönderfallssätt upptäcktes först 1937 av den amerikanske fysikern Luis Alvarez (1911-1988), ungefär fyrtio år efter upptäckten av betanegativ radioaktivitet och bara några år efter observationen av positron- och betapositiva sönderfall.
Luis Alvarez, Nobelpristagare i fysik, hade en lång och lysande karriär som fysiker. Långt ifrån elektroninfångning föreslog han till exempel 1980 en numera berömd förklaring till dinosauriernas utdöende, och föreslog att det hade orsakats av en asteroid som kolliderade med jorden för cirka 160 miljoner år sedan.
Access to page in french

.