इलेक्ट्रॉन कैप्चर: Difference between revisions

Latest revision as of 09:38, 22 August 2023

इलेक्ट्रॉन कैप्चर क्षय के लिए अग्रणी-क्रम फेनमैन आरेख। इलेक्ट्रॉन डाउन क्वार्क और इलेक्ट्रॉन न्यूट्रिनो बनाने के लिए डब्ल्यू बोसोन के माध्यम से नाभिक में अप क्वार्क के साथ संपर्क करता है। दो आरेखों में अग्रणी (दूसरा) क्रम सम्मिलित है, चूँकि आभासी कण के रूप में, डब्ल्यू-बोसोन का प्रकार (और आवेश) अप्रभेद्य है।

इलेक्ट्रॉन कैप्चर (K-इलेक्ट्रॉन कैप्चर, K-कैप्चर, या L-इलेक्ट्रॉन कैप्चर, L-कैप्चर) ऐसी प्रक्रिया है जिसमें विद्युत रूप से तटस्थ परमाणु का प्रोटॉन-समृद्ध नाभिक आंतरिक परमाणु इलेक्ट्रॉन को अवशोषित करता है, सामान्यतः K या L इलेक्ट्रॉन कवच से इस प्रक्रिया से परमाणु आवेशित वर्तमान अंतःक्रिया परिवर्तित हो जाती है, और साथ ही इलेक्ट्रॉन न्यूट्रिनो का उत्सर्जन भी होता है।

p + e - \to n + ν e

या जब परमाणु प्रतिक्रिया परमाणु प्रतिक्रिया समीकरण के रूप में लिखा जाता है,

{\ce {^{0}_{-1}e + ^{1}_{1}p -> ^{1}_{0}n + ^{0}_{0}}}

ν

_{e}

चूँकि यह एकल उत्सर्जित न्यूट्रिनो संपूर्ण क्षय ऊर्जा को वहन करता है, इसमें यह एकल विशेषता ऊर्जा होती है। इसी प्रकार, न्यूट्रिनो उत्सर्जन का संवेग डॉटर परमाणु को विशिष्ट संवेग के साथ विस्थापित होने का कारण बनता है।

परिणामी डॉटर न्यूक्लाइड, यदि उत्तेजित अवस्था में है, तो अपनी आधार अवस्था में परिवर्तित हो जाती है। सामान्यतः, इस संक्रमण के समय गामा किरण उत्सर्जित होती है, किन्तु आंतरिक रूपांतरण द्वारा परमाणु डी-उत्तेजना भी हो सकती है।

परमाणु से आंतरिक इलेक्ट्रॉन को कैप्चर करने के पश्चात्, बाह्य इलेक्ट्रॉन कैप्चर किये गए इलेक्ट्रॉन का स्थान प्राप्त करता है और इस प्रक्रिया में अधिक विशिष्ट एक्स-रे फोटॉन उत्सर्जित होते हैं। इलेक्ट्रॉन कैप्चर के परिणामस्वरूप सामान्यतः ऑगर प्रभाव भी होता है, जहां निम्न ऊर्जा वाले इलेक्ट्रॉन स्टेट की परिक्षण की प्रक्रिया में परमाणु के इलेक्ट्रॉनों के मध्य वर्णन के कारण इलेक्ट्रॉन को परमाणु के इलेक्ट्रॉन शेल से बाह्य निकाल दिया जाता है।

इलेक्ट्रॉन ग्रहण के पश्चात्, परमाणु संख्या निम्न हो जाती है, न्यूट्रॉन संख्या अधिक हो जाती है, और द्रव्यमान संख्या में कोई परिवर्तन नहीं होता है। सरल इलेक्ट्रॉन कैप्चर के परिणामस्वरूप तटस्थ परमाणु बनता है, क्योंकि इलेक्ट्रॉन शेल में इलेक्ट्रॉन की हानि सकारात्मक परमाणु आवेश की हानि से संतुलित होता है। चूँकि, बरमा प्रभाव उत्सर्जन से सकारात्मक परमाणु आयन उत्पन्न हो सकता है।

इलेक्ट्रॉन कैप्चर निर्बल अंतःक्रिया का उदाहरण है, जो चार मूलभूत बलों में से है।

परमाणु नाभिक में प्रोटॉन की सापेक्ष अधिकता वाले आइसोटोप के लिए इलेक्ट्रॉन कैप्चर प्राथमिक क्षय मोड है, किन्तु न्यूक्लाइड के क्षय के लिए आइसोटोप और इसकी संभावित डॉटर ( निम्न परमाणु संख्या के साथ आइसोबार (न्यूक्लाइड)) के मध्य अपर्याप्त ऊर्जा अंतर होता है। रेडियोधर्मी आइसोटोप के लिए इलेक्ट्रॉन कैप्चर सदैव वैकल्पिक क्षय मोड होता है जिसमें पॉज़िट्रॉन उत्सर्जन द्वारा क्षय के लिए पर्याप्त ऊर्जा होती है। इलेक्ट्रॉन कैप्चर को सामान्यतः बीटा क्षय के प्रकार के रूप में सम्मिलित किया जाता है,^[1] क्योंकि निर्बल बल द्वारा मध्यस्थ मूल परमाणु प्रक्रिया, वही है। परमाणु भौतिकी में, बीटा क्षय प्रकार का रेडियोधर्मी क्षय है जिसमें परमाणु नाभिक से बीटा कण (तीव्र ऊर्जावान इलेक्ट्रॉन या पॉज़िट्रॉन) और न्युट्रीनो उत्सर्जित होते हैं। इलेक्ट्रॉन कैप्चर को सामान्यतः व्युत्क्रम बीटा क्षय कहा जाता है, चूँकि यह शब्द सामान्यतः प्रोटॉन के साथ न्यूट्रिनो के वर्णन को संदर्भित करता है।^[2]

यदि मूल परमाणु और डॉटर परमाणु के मध्य ऊर्जा का अंतर 0.511 MeV से निम्न है, तो पॉज़िट्रॉन उत्सर्जन निषिद्ध है क्योंकि इसकी अनुमति प्रदान करने के लिए पर्याप्त क्षय ऊर्जा उपलब्ध नहीं है, और इस प्रकार इलेक्ट्रॉन कैप्चर मात्र क्षय मोड है। उदाहरण के लिए, रुबिडियम-83 (37 प्रोटॉन, 46 न्यूट्रॉन) मात्र इलेक्ट्रॉन कैप्चर (ऊर्जा अंतर, या क्षय ऊर्जा, लगभग 0.9 MeV है) द्वारा क्रिप्टन-83 (36 प्रोटॉन, 47 न्यूट्रॉन) में क्षय हो जाता है।

इतिहास

इलेक्ट्रॉन कैप्चर के सिद्धांत पर प्रथम बार 1934 के पेपर में जियान-कार्लो विक द्वारा चर्चा की गई थी, और फिर हिदेकी युकावा और अन्य द्वारा विकसित किया गया था। K-इलेक्ट्रॉन कैप्चर को सबसे प्रथम लुइस वाल्टर अल्वारेज़ ने वैनेडियम ⁴⁸
V
में देखा था, जिसकी रिपोर्ट उन्होंने 1937 में प्रदान की थी।^[3]^[4]^[5] अल्वारेज़ ने गैलियम में इलेक्ट्रॉन कैप्चर (⁶⁷
Ga
) और अन्य न्यूक्लाइड का अध्ययन किया था।^[3]^[6]^[7]

प्रतिक्रिया विवरण

जो इलेक्ट्रॉन कैप्चर किया गया है वह परमाणु के अपने इलेक्ट्रॉनों में से है, न कि कोई नया, आने वाला इलेक्ट्रॉन, जैसा कि उपरोक्त प्रतिक्रियाओं के लिखे जाने से प्रदर्शित किया जा सकता है। इलेक्ट्रॉन कैप्चर के कुछ उदाहरण इस प्रकार है:-

$2613 Al$	$+ e - \to$	$2612 Mg$	$+ ν e$
$5928 Ni$	$+ e - \to$	$5927 Co$	$+ ν e$
$4019 K$	$+ e - \to$	$4018 Ar$	$+ ν e$

शुद्ध इलेक्ट्रॉन कैप्चर द्वारा क्षय होने वाले रेडियोधर्मी आइसोटोप को रेडियोधर्मी क्षय से विराम किया जा सकता है यदि वे पूर्ण रूप से आयनित होते हैं (सामान्यतः ऐसे आयनों का वर्णन करने के लिए स्ट्रिप्ड का उपयोग किया जाता है)। यह अनुमान लगाया गया है कि ऐसे तत्व, यदि विस्फोटित सुपरनोवा में आर-प्रक्रिया द्वारा बनते हैं, तब पूर्ण रूप से आयनित हो जाते हैं और इसलिए रेडियोधर्मी क्षय से नहीं निकलते हैं जब तक कि वे बाह्य अंतरिक्ष में इलेक्ट्रॉनों का सामना नहीं करते हैं। तात्विक वितरण में विसंगतियों पर विचार किया जाता है I^{[by whom?]} आंशिक रूप से इलेक्ट्रॉन कैप्चर पर इस प्रभाव का परिणाम है। व्युत्क्रम क्षय को पूर्ण आयनीकरण द्वारा भी प्रेरित किया जा सकता है; उदाहरण के लिए, ¹⁶³
Ho
, ¹⁶³
Dy
में इलेक्ट्रॉन कैप्चर द्वारा क्षय हो जाता है, चूँकि पूर्ण रूप से आयनित ¹⁶³
Dy
, ¹⁶³
Ho
की बंधी हुई अवस्था में β− क्षय की प्रक्रिया द्वारा विघटित हो जाता है I^[8]

रासायनिक बंधन नाभिक से इलेक्ट्रॉनों की निकटता के आधार पर इलेक्ट्रॉन कैप्चर की दर को छोटी सी डिग्री (सामान्यतः, 1% से निम्न) तक प्रभावित कर सकते हैं। उदाहरण के लिए, ⁷Be धात्विक और इन्सुलेशन वातावरण में आधे जीवन के मध्य 0.9% का अंतर देखा गया है।^[9] यह अपेक्षाकृत बड़ा प्रभाव इस तथ्य के कारण है कि बेरिलियम छोटा परमाणु है जो वैलेंस इलेक्ट्रॉनों को नियोजित करता है जो नाभिक के निकट होते हैं, और बिना कक्षीय कोणीय गति वाले कक्षकों में भी होते हैं। s ऑर्बिटल्स (शेल या प्राथमिक क्वांटम संख्या की चिंता किए बिना) में इलेक्ट्रॉनों के नाभिक में संभाव्यता एंटीनोड होता है, और इस प्रकार p या d इलेक्ट्रॉनों की तुलना में कहीं अधिक इलेक्ट्रॉन कैप्चर के अधीन होते हैं, जिनके नाभिक में संभाव्यता नोड होता है।

आवर्त सारणी के मध्य में तत्वों के निकट, समान तत्व के स्थिर आइसोटोप की तुलना में हल्के आइसोटोप इलेक्ट्रॉन कैप्चर के माध्यम से क्षय हो जाते हैं, जबकि स्थिर आइसोटोप की तुलना में भारी आइसोटोप इलेक्ट्रॉन उत्सर्जन द्वारा क्षय हो जाते हैं। इलेक्ट्रॉन कैप्चर प्रायः भारी न्यूट्रॉन की निम्नी वाले तत्वों में होता है, जहां द्रव्यमान परिवर्तन सबसे छोटा होता है और पॉज़िट्रॉन उत्सर्जन सदैव संभव नहीं होता है। जब परमाणु प्रतिक्रिया में द्रव्यमान की हानि शून्य से अधिक किन्तु $2 m e c 2$ निम्न होती है तो यह प्रक्रिया पॉज़िट्रॉन उत्सर्जन द्वारा नहीं हो सकती है, किन्तु इलेक्ट्रॉन कैप्चर के लिए स्वचालित रूप से होती है।

सामान्य उदाहरण

कुछ सामान्य रेडियोन्यूक्लाइड जो केवल इलेक्ट्रॉन कैप्चर द्वारा क्षय होते हैं उनमें सम्मिलित हैं, जो इस प्रकार है:-

न्यूक्लाइड	हाफ-लाइफ
⁷ ₄Be	53.28 d
³⁷ ₁₈Ar	35.0 d
⁴¹ ₂₀Ca	1.03×10⁵ a
⁴⁴ ₂₂Ti	60 a
⁴⁹ ₂₃V	337 d

न्यूक्लाइड	हाफ-लाइफ
⁵¹ ₂₄Cr	27.7 d
⁵³ ₂₅Mn	3.7×10⁶ a
⁵⁵ ₂₆Fe	2.6 a
⁵⁷ ₂₇Co	271.8 d
⁵⁹ ₂₈Ni	7.5×10⁴ a

न्यूक्लाइड	हाफ-लाइफ
⁶⁷ ₃₁Ga	3.260 d
⁶⁸ ₃₂Ge	270.8 d
⁷² ₃₄Se	8.5 d

पूर्ण सूची के लिए, न्यूक्लाइड की सूची देखें।

संदर्भ

↑ Cottingham, W.N.; Greenwood, D.A. (1986). An introduction to nuclear physics. Cambridge University Press. p. 40. ISBN 978-0-521-31960-7.
↑ "The Reines-Cowan experiments: Detecting the poltergeist" (PDF). Los Alamos National Laboratory. 25: 3. 1997.
↑ ^3.0 ^3.1 Alvarez, Luis W.; Trower, W. Peter (1987). "Chapter 3: K-electron capture by nuclei". Discovering Alvarez: Selected works of Luis W. Alvarez, with commentary by his students and colleagues. Segré, Emilio (commentary). University of Chicago Press. pp. 11–12. ISBN 978-0-226-81304-2 – via archive.org.
↑ "Luis Alvarez, biography". Nobel Prize. The Nobel Prize in Physics 1968. Retrieved 7 October 2009.
↑ Alvarez, Luis W. (1937). "Nuclear K Electron Capture". Physical Review. 52 (2): 134–135. Bibcode:1937PhRv...52..134A. doi:10.1103/PhysRev.52.134.
↑ Alvarez, Luis W. (1937). "Electron Capture and Internal Conversion in Gallium 67". Physical Review. 53 (7): 606. Bibcode:1938PhRv...53..606A. doi:10.1103/PhysRev.53.606.
↑ Alvarez, Luis W. (1938). "The capture of orbital electrons by nuclei". Physical Review. 54 (7): 486–497. Bibcode:1938PhRv...54..486A. doi:10.1103/PhysRev.54.486.
↑ Bosch, Fritz (1995). "Manipulation of Nuclear Lifetimes in Storage Rings" (PDF). Physica Scripta. T59: 221–229. Bibcode:1995PhST...59..221B. doi:10.1088/0031-8949/1995/t59/030. S2CID 250860726. Archived from the original (PDF) on 2013-12-26.
↑ Wang, B.; et al. (2006). "Change of the ⁷Be electron capture half-life in metallic environments". The European Physical Journal A. 28 (3): 375–377. Bibcode:2006EPJA...28..375W. doi:10.1140/epja/i2006-10068-x. S2CID 121883028.

बाह्य संबंध

"The LIVEChart of Nuclides". IAEA Nuclear Data Section. Vienna, Austria: International Atomic Energy Agency. Retrieved 16 August 2020. with filter on electron capture

[1] Cottingham, W.N.; Greenwood, D.A. (1986). An introduction to nuclear physics. Cambridge University Press. p. 40. ISBN 978-0-521-31960-7.

[2] "The Reines-Cowan experiments: Detecting the poltergeist" (PDF). Los Alamos National Laboratory. 25: 3. 1997.

[k-3] 3.0 ^3.1 Alvarez, Luis W.; Trower, W. Peter (1987). "Chapter 3: K-electron capture by nuclei". Discovering Alvarez: Selected works of Luis W. Alvarez, with commentary by his students and colleagues. Segré, Emilio (commentary). University of Chicago Press. pp. 11–12. ISBN 978-0-226-81304-2 – via archive.org.

[4] "Luis Alvarez, biography". Nobel Prize. The Nobel Prize in Physics 1968. Retrieved 7 October 2009.

[5] Alvarez, Luis W. (1937). "Nuclear K Electron Capture". Physical Review. 52 (2): 134–135. Bibcode:1937PhRv...52..134A. doi:10.1103/PhysRev.52.134.

[6] Alvarez, Luis W. (1937). "Electron Capture and Internal Conversion in Gallium 67". Physical Review. 53 (7): 606. Bibcode:1938PhRv...53..606A. doi:10.1103/PhysRev.53.606.

[7] Alvarez, Luis W. (1938). "The capture of orbital electrons by nuclei". Physical Review. 54 (7): 486–497. Bibcode:1938PhRv...54..486A. doi:10.1103/PhysRev.54.486.

[8] Bosch, Fritz (1995). "Manipulation of Nuclear Lifetimes in Storage Rings" (PDF). Physica Scripta. T59: 221–229. Bibcode:1995PhST...59..221B. doi:10.1088/0031-8949/1995/t59/030. S2CID 250860726. Archived from the original (PDF) on 2013-12-26.

[9] Wang, B.; et al. (2006). "Change of the ⁷Be electron capture half-life in metallic environments". The European Physical Journal A. 28 (3): 375–377. Bibcode:2006EPJA...28..375W. doi:10.1140/epja/i2006-10068-x. S2CID 121883028.

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