اقرأ في هذا المقال
مفهوم التقاط الإلكترون
التقاط الإلكترون، يسمى بالتقاط الإلكترون K، والتقاط K، أو التقاط (L-electron) أو (L-capture )، وهي عملية تمتص فيها النواة الغنية بالبروتون للذرة المحايدة كهربائيًا إلكترونًا ذريًا داخليًا، عادةً من (K) أو (L) قذائف الإلكترون، وبالتالي تحول هذه العملية بروتون نووي إلى نيوترون وتتسبب في نفس الوقت في انبعاث إلكترون نيوترينو.
، ونظرًا لأن هذا النيوترينو المنبعث منفردة يحمل طاقة الاضمحلال بأكملها، فإن له هذه الطاقة المميزة الفردية، وبالمثل فإن زخم انبعاث النيوترينو يتسبب في ارتداد ذرة الابنة بزخم مميز واحد.إن نوكليدة الابنة الناتجة، إذا كانت في حالة مثارة تنتقل إلى حالتها الأساسية، وعادة تنبعث أشعة جاما أثناء هذا الانتقال، ولكن قد يحدث نزع الإثارة النووية أيضًا عن طريق التحويل الداخلي، وبعد التقاط إلكترون داخلي من الذرة يحل إلكترون خارجي محل الإلكترون الذي تم التقاطه وينبعث واحد أو أكثر من فوتونات الأشعة السينية المميزة في هذه العملية.
أهمية عمليات التقاط الإلكترونات
- يؤدي التقاط الإلكترون أحيانًا أيضًا إلى تأثير أوجيه، حيث يتم إخراج إلكترون من غلاف إلكترون الذرة بسبب التفاعلات بين إلكترونات الذرة في عملية البحث عن حالة إلكترون منخفضة الطاقة، وبعد التقاط الإلكترون يتم تقليل العدد الذري بمقدار واحد.
- يزداد عدد النيوترونات بمقدار واحد، ولا يوجد تغيير في عدد الكتلة، حيث ينتج عن التقاط الإلكترون البسيط في حد ذاته ذرة محايدة، حيث يتم موازنة فقدان الإلكترون في غلاف الإلكترون بفقدان الشحنة النووية الموجبة، ومع ذلك قد ينتج أيون ذري موجب عن المزيد من انبعاث إلكترون أوجيه، ويعتبر التقاط الإلكترون مثالاً على التفاعل الضعيف، وهو أحد القوى الأساسية الأربعة.
- يعتبر التقاط الإلكترون هو وضع الاضمحلال الأساسي للنظائر ذات الوفرة النسبية للبروتونات في النواة، ولكن مع وجود فرق طاقة غير كاف بين النظير وابنته المحتملة، كالأيزوبار مع شحنة أقل إيجابية، حتى تتحلل النواة عن طريق إصدار بوزيترون، ودائمًا ما يكون التقاط الإلكترون هو وضع الاضمحلال البديل للنظائر المشعة التي لديها طاقة كافية للتحلل عن طريق انبعاث البوزيترون.
- يتم أحيانًا تضمين التقاط الإلكترون كنوع من تحلل بيتا؛ لأن العملية النووية الأساسية بوساطة القوة الضعيفة هي نفسها في الفيزياء النووية، حيث يكون اضمحلال بيتا تفاعل في نواة الاضمحلال الإشعاعي الذي ينبعث فيه شعاع بيتا، مثل إلكترون سريع الطاقة أو بوزيترون ونيوترينو من الذرة، وأحيانًا ما يسمى التقاط الإلكترون بانحلال بيتا العكسي، على الرغم من أن هذا المصطلح يشير عادةً إلى تفاعل إلكترون مضاد نيترينو مع بروتون.
- إذا كان فرق الطاقة بين الذرة الأم وذرة الابنة أقل من 1.022 ميغا إلكترون فولت، فإن انبعاث البوزيترون محظور؛ لأنه لا تتوفر طاقة تحلل كافية للسماح بذلك، وبالتالي فإن التقاط الإلكترون هو وضع الانحلال الوحيد، على سبيل المثال يتحلل الروبيديوم -83 (37 بروتونًا ، 46 نيوترونًا) إلى كريبتون 83 (36 بروتونًا، 47 نيوترونًا) فقط عن طريق التقاط الإلكترون وفرق الطاقة أو طاقة الانحلال حوالي 0.9 ميجا فولت).
- لقد تمت مناقشة نظرية التقاط الإلكترون لأول مرة بواسطة جيان كارلو ويك في ورقة بحثية عام 1934، ثم طورها هيديكي يوكاوا وآخرون، إذ لوحظ التقاط الإلكترون K لأول مرة بواسطة لويس ألفاريز، في الفاناديوم 48 الخامس، الذي كتب عنه في عام 1937، ثم ذهب ألفاريز لدراسة التقاط الإلكترون في الغاليوم (67جا) والنويدات الأخرى.
تفاصيل رد الفعل الذي يحدث عند انتقال الإلكترون
في هذه الصورة مخططات فاينمان ذات الترتيب الرائد لاضمحلال التقاط الإلكترون، حيث يتفاعل إلكترون مع كوارك علوي في النواة عبر بوزون W لتكوين كوارك سفلي وإلكترون نيوترينو، ويشتمل مخططان على الترتيب الأول والثاني، على الرغم من أنه كجسيم افتراضي، لا يمكن تمييز نوع وشحنة W بوزون.
الإلكترون الذي يتم التقاطه هو أحد إلكترونات الذرة نفسها، وليس إلكترونًا جديدًا واردًا، كما يمكن اقتراحه من خلال طريقة كتابة التفاعلات التي تحصل أثناء انتقاله، ويمكن منع النظائر المشعة التي تتحلل عن طريق التقاط الإلكترون النقي من التحلل الإشعاعي إذا كانت مؤينة بالكامل، حيث تستخدم منزوعة أحيانًا لوصف مثل هذه الأيونات.
ويُفترض أن هذه العناصر إذا تشكلت من خلال عملية r في انفجار المستعرات الأعظمية، حيث يتم إخراجها بشكل مؤين بالكامل، وبالتالي لا تخضع للاضمحلال الإشعاعي طالما أنها لا تصادف إلكترونات في الفضاء الخارجي، ويعتقد أن الشذوذ في التوزيعات الأولية تكون جزئيًا نتيجة لهذا التأثير على التقاط الإلكترون، ويمكن أيضًا أن يحدث التحلل العكسي عن طريق التأين الكامل.
يمكن أن تؤثر الروابط الكيميائية أيضًا على معدل التقاط الإلكترون بدرجة صغيرة، وبشكل عام، أقل من 1٪، اعتمادًا على قرب الإلكترونات من النواة، وعلى سبيل المثال، في 7 Be لوحظ فرق بنسبة 0.9٪ بين فترات نصف العمر في البيئات المعدنية والعازلة، ويرجع هذا التأثير الكبير نسبيًا إلى حقيقة أن البريليوم عبارة عن ذرة صغيرة تستخدم إلكترونات تكافؤ قريبة من النواة.
وكذلك في المدارات التي لا تحتوي على زخم زاوي مداري، حيث ان الإلكترونات الموجودة في المدارات s بغض النظر عن الغلاف أو العدد الكمي الأولي لها عقدة احتمالية في النواة، وهي بالتالي أكثر عرضة لالتقاط الإلكترون من p أو d الإلكترونات، التي لها عقدة احتمالية في النواة.
حول العناصر الموجودة في منتصف الجدول الدوري، تميل النظائر الأخف من النظائر المستقرة لنفس العنصر إلى الانحلال من خلال التقاط الإلكترون، بينما تتحلل النظائر الأثقل من نظائرها المستقرة بانبعاث الإلكترون يحدث التقاط الإلكترون في أغلب الأحيان في العناصر الأثقل التي تعاني من نقص النيوترونات حيث يكون تغير الكتلة أصغر ولا يكون انبعاث البوزيترون ممكنًا دائمًا، وعندما يكون فقدان الكتلة في تفاعل نووي أكبر من الصفر، لكن أقل من 2 لا يمكن أن تحدث العملية عن طريق انبعاث البوزيترون، ولكنها تحدث تلقائيًا لالتقاط الإلكترون.
