Tangkapan elektron

Penangkapan elektron atau tangkapan elektron (penangkapan elektron-K, juga penangkapan-K, atau penangkapan elektron-L, pengangkapan-L) adalah proses ketika inti atom netral yang kaya proton menyerap elektron dari kulit dalam atom, biasanya dari kelopak elektron K atau L. Oleh karena itu, proses ini mengubah proton menjadi neutron dan secara bersamaan menyebabkan emisi neutrino elektron.

p + e⁻ → n + ν_e

Ia memiliki energi karakteristik tunggal ini, karena emisi neutrino tunggal membawa seluruh energi peluruhan. Demikian pula, momentum emisi neutrino menyebabkan atom turunan terlontar dengan momentum karakteristik tunggal.

Nuklida turunan, jika ia dalam keadaan tereksitasi, kemudian ditransisikan menjadi keadaan dasarnya. Biasanya sinar gamma diemisikan selama transisi ini, tetapi de-eksitasi nuklir dapat pula berlangsung melalui konversi internal.

Setelah menangkap elektron bagian dalam atom, elektron terluar menggantikan elektron yang tertangkap dan satu atau lebih foton sinar-X karakteristik dipancarkan dalam proses ini. Penangkapan elektron terkadang juga menghasilkan efek Auger, di mana elektron dikeluarkan dari kelopak elektron karena interaksi antara elektron atom dalam proses mencari keadaan energi yang lebih rendah.

Setelah menangkap elektron, nomor atom berkurang satu, jumlah neutron bertambah satu, dan tidak ada perubahan pada nomor massa. Pengambilan elektron sederhana dengan sendirinya menghasilkan atom netral, karena hilangnya elektron dalam kelopak elektron diimbangi oleh hilangnya muatan nuklir positif. Namun, ion atom positif dapat dihasilkan dari emisi elektron Auger lebih lanjut.

Penangkapan elektron adalah suatu contoh interaksi lemah, salah satu dari empat gaya fundamental.

Penangkapan elektron adalah moda peluruhan utama untuk isotop dengan kelimpahan proton relatif banyak dalam inti atom, tetapi dengan perbedaan energi yang tidak mencukupi antara isotop dan calon nuklida turunannya (isobar dengan kurang satu muatan positif) agar nuklida meluruh dengan memancarkan positron. Penangkapan elektron selalu merupakan moda peluruhan alternatif untuk isotop radioaktif yang memang memiliki energi yang cukup untuk meluruh dengan emisi positron. Penangkapan elektron kadang-kadang disebut peluruhan beta terbalik, meskipun istilah ini juga dapat merujuk pada interaksi antineutrino elektron dengan proton.^[1]

Jika perbedaan energi antara atom induk dan atom turunan kurang dari 1,022 MeV, emisi positron adalah terlarang karena tidak cukup energi peluruhan yang tersedia, dan sehingga penangkapan elektron adalah satu-satunya moda peluruhan. Contohnya, rubidium-83 (37 proton, 46 neutron) akan meluruh menjadi kripton-83 (36 proton, 47 neutron) hanya dengan penangkapan elektron (perbedaan energi, atau energi peluruhan, sekitar 0,9 MeV).

Sejarah

Teori penangkapan elektron pertama kali didiskusikan oleh Gian-Carlo Wick dalam makalahnya tahun 1934, dan kemudian dikembangkan oleh Hideki Yukawa dan lainnya. Penangkapan elektron-K pertama kali diamati oleh Luiz Alvarez, dalam vanadium-48. Ia melaporkannya dalam makalah tahun 1937 dalam Physical Review.^[2]^[3]^[4] Alvarez melanjutkan penelitian penangkapan elektron untuk galium-67 dan nuklida lainnya.^[2]^[5]^[6]

Detail reaksi

Contoh:

26
13Al + e⁻ → 26
12Mg + ν_e

59
28Ni + e⁻ → 59
27Co + ν_e

40
19K + e⁻ → 40
18Ar + ν_e

Elektron yang tertangkap adalah salah satu dari elektron yang dimiliki oleh atom itu sendiri, dan bukan elektron yang baru masuk, seperti yang tersurat dalam reaksi di atas. Isotop radioaktif yang meluruh hanya melalui penangkapan elektron saja dapat dihambat dari peluruhan radioaktif jika mereka teriionisasi penuh ("telanjang" kadang digunakan untuk menjelaskan ion semacam ini). Dihipotesiskan bahwa unsur-unsur tersebut, jika dibentuk oleh proses r dalam ledakan supernova, dilontarkan sepenuhnya dalam keadaan terionisasi dan jadi tidak mengalami peluruhan radioaktif asalkan tidak menemukan elektron di luar angkasa. Anomali pada distribusi unsur diperkirakan sebagian disebabkan oleh efek penangkapan elektron ini. Peluruhan terbalik juga dapat diinduksi dengan ionisasi penuh; misalnya, ¹⁶³Ho meluruh menjadi ¹⁶³Dy oleh penangkapan elektron; namun, ¹⁶³Dy yang terionisasi penuh meluruh menjadi ¹⁶³Ho keadaan terikat melalui proses peluruhan β− keadaan terikat.^[7]

Ikatan kimia juga dapat mempengaruhi laju penangkapan elektron sampai tingkat yang kecil (umumnya kurang dari 1%) bergantung pada jarak elektron ke inti. Misalnya, pada ⁷Be, perbedaan waktu paruh 0,9% telah diamati antara di lingkungan logam dan terisolasi.^[8] Efek yang relatif besar ini disebabkan oleh fakta bahwa berilium adalah atom kecil yang menggunakan elektron valensi yang dekat dengan nukleus, dan juga pada orbital tanpa momentum sudut. Elektron dalam orbital s (terlepas dari jumlah kuantum kelopak atau primer), memiliki probabilitas antinodus pada nukleus, dan sejauh ini lebih banyak elektron yang ditangkap daripada elektron p atau d, yang memiliki simpul probabilitas pada nukleus.

Di sekitar unsur di tengah tabel periodik, isotop yang lebih ringan daripada isotop stabil dari unsur yang sama cenderung meluruh melalui penangkapan elektron, sementara isotop yang lebih berat daripada isotop stabil meluruh dengan emisi elektron. Penangkapan elektron paling sering terjadi pada unsur-unsur lebih berat yang kekurangan neutron, yang perubahan massanya paling kecil dan emisi positron tidak selalu memungkinkan. Bila kehilangan massa dalam reaksi nuklir lebih dari nol tapi kurang dari 2m[0-1-], prosesnya tidak dapat terjadi melalui emisi positron namun spontan dengan menangkap elektron.

Contoh umum

Beberapa radioisotop umum yang mengalami pembusukan melalui penangkapan elektron meliputi:

Radioisotop	Waktu paruh
⁷Be	53,28 hari
³⁷Ar	35,0 hari
⁴¹Ca	1,03×10⁵ tahun
⁴⁴Ti	60 tahun
⁴⁹V	337 hari
⁵¹Cr	27,7 hari
⁵³Mn	3,7×10⁶ tahun
⁵⁵Fe	2,6 tahun
⁵⁷Co	271,8 hari
⁵⁹Ni	7,5×10⁴ tahun
⁶⁷Ga	3,260 hari
⁶⁸Ge	270,8 hari
⁷²Se	8,5 hari