इलेक्ट्रॉन कैप्चर

This article is about the radioactive decay mode. For the fragmentation method used in mass spectrometry, see Electron capture ionization. For the detector used in gas chromatography, see Electron-capture dissociation.

दो प्रकार के इलेक्ट्रॉन कैप्चर की योजना। शीर्ष: नाभिक एक इलेक्ट्रॉन को अवशोषित करता है। नीचे बाएँ: एक बाहरी इलेक्ट्रॉन लुप्त इलेक्ट्रॉन की जगह लेता है। दो इलेक्ट्रॉन कोशों के बीच के अंतर की ऊर्जा के बराबर एक एक्स-रे उत्सर्जित होता है। निचला दायाँ: ऑगर प्रभाव में, जब बाहरी इलेक्ट्रॉन आंतरिक इलेक्ट्रॉन की जगह लेता है तो अवशोषित ऊर्जा बाहरी इलेक्ट्रॉन में स्थानांतरित हो जाती है। बाहरी इलेक्ट्रॉन को परमाणु से बाहर निकाल दिया जाता है, जिससे एक सकारात्मक आयन निकल जाता है।

इलेक्ट्रॉन कैप्चर (के-इलेक्ट्रॉन कैप्चर, के-कैप्चर, या एल-इलेक्ट्रॉन कैप्चर, एल-कैप्चर) एक ऐसी प्रक्रिया है जिसमें विद्युत रूप से तटस्थ परमाणु का प्रोटॉन-समृद्ध नाभिक एक आंतरिक परमाणु इलेक्ट्रॉन को अवशोषित करता है, आमतौर पर के या एल इलेक्ट्रॉन कवच से। इस प्रक्रिया से परमाणु आवेशित वर्तमान अंतःक्रिया बदल जाती है और साथ ही एक इलेक्ट्रॉन न्यूट्रिनो का उत्सर्जन भी होता है।

p
  +  
e⁻
    →    
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 पुत्री परमाणु को एक विशिष्ट संवेग के साथ पीछे हटने का कारण बनता है।

परिणामी पुत्री न्यूक्लाइड, यदि उत्तेजित अवस्था में है, तो अपनी जमीनी अवस्था में परिवर्तित हो जाती है। आमतौर पर, इस संक्रमण के दौरान एक गामा किरण उत्सर्जित होती है, लेकिन आंतरिक रूपांतरण द्वारा परमाणु डी-उत्तेजना भी हो सकती है।

परमाणु से एक आंतरिक इलेक्ट्रॉन को पकड़ने के बाद, एक बाहरी इलेक्ट्रॉन पकड़े गए इलेक्ट्रॉन की जगह लेता है और इस प्रक्रिया में एक या अधिक विशिष्ट एक्स-रे फोटॉन उत्सर्जित होते हैं। इलेक्ट्रॉन कैप्चर के परिणामस्वरूप कभी-कभी ऑगर प्रभाव भी होता है, जहां कम ऊर्जा वाले इलेक्ट्रॉन राज्य की तलाश की प्रक्रिया में परमाणु के इलेक्ट्रॉनों के बीच बातचीत के कारण एक इलेक्ट्रॉन को परमाणु के इलेक्ट्रॉन शेल से बाहर निकाल दिया जाता है।

इलेक्ट्रॉन ग्रहण के बाद, परमाणु संख्या एक कम हो जाती है, न्यूट्रॉन संख्या एक बढ़ जाती है, और द्रव्यमान संख्या में कोई परिवर्तन नहीं होता है। सरल इलेक्ट्रॉन कैप्चर के परिणामस्वरूप एक तटस्थ परमाणु बनता है, क्योंकि इलेक्ट्रॉन शेल में इलेक्ट्रॉन का नुकसान सकारात्मक परमाणु चार्ज के नुकसान से संतुलित होता है। हालाँकि, आगे बरमा प्रभाव उत्सर्जन से एक सकारात्मक परमाणु आयन उत्पन्न हो सकता है।

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

परमाणु नाभिक में प्रोटॉन की सापेक्ष अधिकता वाले आइसोटोप के लिए इलेक्ट्रॉन कैप्चर प्राथमिक क्षय मोड है, लेकिन न्यूक्लाइड के क्षय के लिए आइसोटोप और इसकी संभावित बेटी (एक कम परमाणु संख्या के साथ आइसोबार (न्यूक्लाइड)) के बीच अपर्याप्त ऊर्जा अंतर होता है। पॉज़िट्रॉन उत्सर्जित करना। रेडियोधर्मी आइसोटोप के लिए इलेक्ट्रॉन कैप्चर हमेशा एक वैकल्पिक क्षय मोड होता है जिसमें पॉज़िट्रॉन उत्सर्जन द्वारा क्षय के लिए पर्याप्त ऊर्जा होती है। इलेक्ट्रॉन कैप्चर को कभी-कभी बीटा क्षय के प्रकार के रूप में शामिल किया जाता है, क्योंकि कमजोर बल द्वारा मध्यस्थ मूल परमाणु प्रक्रिया, वही है। परमाणु भौतिकी में, बीटा क्षय एक प्रकार का रेडियोधर्मी क्षय है जिसमें एक परमाणु नाभिक से एक बीटा कण (तेज़ ऊर्जावान इलेक्ट्रॉन या पॉज़िट्रॉन) और एक न्युट्रीनो उत्सर्जित होते हैं। इलेक्ट्रॉन कैप्चर को कभी-कभी व्युत्क्रम बीटा क्षय कहा जाता है, हालांकि यह शब्द आमतौर पर एक प्रोटॉन के साथ न्यूट्रिनो की बातचीत को संदर्भित करता है। यदि मूल परमाणु और पुत्री परमाणु के बीच ऊर्जा का अंतर 0.511 MeV से कम है, तो पॉज़िट्रॉन उत्सर्जन निषिद्ध है क्योंकि इसकी अनुमति देने के लिए पर्याप्त क्षय ऊर्जा उपलब्ध नहीं है, और इस प्रकार इलेक्ट्रॉन कैप्चर एकमात्र क्षय मोड है। उदाहरण के लिए, रुबिडियम-83 (37 प्रोटॉन, 46 न्यूट्रॉन) केवल इलेक्ट्रॉन कैप्चर (ऊर्जा अंतर, या क्षय ऊर्जा, लगभग 0.9 MeV है) द्वारा क्रिप्टन-83 (36 प्रोटॉन, 47 न्यूट्रॉन) में क्षय हो जाएगा।

इतिहास

इलेक्ट्रॉन कैप्चर के सिद्धांत पर पहली बार 1934 के पेपर में जियान-कार्लो विक द्वारा चर्चा की गई थी, और फिर हिदेकी युकावा और अन्य द्वारा विकसित किया गया था। के-इलेक्ट्रॉन कैप्चर को सबसे पहले लुइस वाल्टर अल्वारेज़ ने वैनेडियम में देखा था, ⁴⁸
V
, जिसकी रिपोर्ट उन्होंने 1937 में दी थी। अल्वारेज़ ने गैलियम में इलेक्ट्रॉन कैप्चर का अध्ययन किया (⁶⁷
Ga
) और अन्य न्यूक्लाइड।

प्रतिक्रिया विवरण

जो इलेक्ट्रॉन पकड़ा गया है वह परमाणु के अपने इलेक्ट्रॉनों में से एक है, न कि कोई नया, आने वाला इलेक्ट्रॉन, जैसा कि उपरोक्त प्रतिक्रियाओं के लिखे जाने के तरीके से सुझाया जा सकता है। इलेक्ट्रॉन कैप्चर के कुछ उदाहरण हैं:

26 13Al	+   e−     →	26 12Mg	+   ν e
59 28Ni	+   e−     →	59 27Co	+   ν e
40 19K	+   e−     →	40 18Ar	+   ν e

शुद्ध इलेक्ट्रॉन कैप्चर द्वारा क्षय होने वाले रेडियोधर्मी आइसोटोप को रेडियोधर्मी क्षय से रोका जा सकता है यदि वे पूरी तरह से आयनित होते हैं (कभी-कभी 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, तो पूरी तरह से आयनित हो जाते हैं और इसलिए रेडियोधर्मी क्षय से नहीं गुजरते हैं जब तक कि वे बाहरी अंतरिक्ष में इलेक्ट्रॉनों का सामना नहीं करते हैं। तात्विक वितरण में विसंगतियों पर विचार किया जाता है 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
में क्षय हो जाता है ¹⁶³
Dy
इलेक्ट्रॉन कैप्चर द्वारा; हालाँकि, एक पूरी तरह से आयनित ¹⁶³
Dy
की एक बंधी हुई अवस्था में क्षय हो जाता है ¹⁶³
Ho
बाध्य-अवस्था β− क्षय|बाउंड-अवस्था β की प्रक्रिया द्वारा⁻क्षय. रासायनिक बंधन नाभिक से इलेक्ट्रॉनों की निकटता के आधार पर इलेक्ट्रॉन कैप्चर की दर को एक छोटी सी डिग्री (सामान्य तौर पर, 1% से कम) तक प्रभावित कर सकते हैं। उदाहरण के लिए, में ⁷बीई, धात्विक और इन्सुलेशन वातावरण में आधे जीवन के बीच 0.9% का अंतर देखा गया है। यह अपेक्षाकृत बड़ा प्रभाव इस तथ्य के कारण है कि बेरिलियम एक छोटा परमाणु है जो वैलेंस इलेक्ट्रॉनों को नियोजित करता है जो नाभिक के करीब होते हैं, और बिना कक्षीय कोणीय गति वाले कक्षकों में भी होते हैं। एस ऑर्बिटल्स (शेल या प्राथमिक क्वांटम संख्या की परवाह किए बिना) में इलेक्ट्रॉनों के नाभिक में एक संभाव्यता एंटीनोड होता है, और इस प्रकार पी या डी इलेक्ट्रॉनों की तुलना में कहीं अधिक इलेक्ट्रॉन कैप्चर के अधीन होते हैं, जिनके नाभिक में एक संभाव्यता नोड होता है।

आवर्त सारणी के मध्य में तत्वों के आसपास, 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 अक्सर भारी न्यूट्रॉन की कमी वाले तत्वों में होता है जहां द्रव्यमान परिवर्तन सबसे छोटा होता है और पॉज़िट्रॉन उत्सर्जन हमेशा संभव नहीं होता है। जब परमाणु प्रतिक्रिया में द्रव्यमान की हानि शून्य से अधिक लेकिन कम होती है 2m_ec² यह प्रक्रिया पॉज़िट्रॉन उत्सर्जन द्वारा नहीं हो सकती है, लेकिन इलेक्ट्रॉन कैप्चर के लिए स्वचालित रूप से होती है।

सामान्य उदाहरण

कुछ सामान्य रेडियोन्यूक्लाइड जो केवल इलेक्ट्रॉन कैप्चर द्वारा क्षय होते हैं उनमें शामिल हैं:

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

Nuclide	Half-life
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

Nuclide	Half-life
67 31Ga	3.260 d
68 32Ge	270.8 d
72 34Se	8.5 d

पूरी सूची के लिए, न्यूक्लाइड की तालिका देखें।

बाहरी संबंध

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