電子捕獲

電子捕獲

原子核の放射性崩壊の一種。本項で詳述する。
原子、分子、イオン同士が衝突したときに、電子が一方から他方に移ること。電荷移行、電荷移動、電荷交換、あるいは荷電交換とも言う。

電子捕獲（でんしほかく、Electron capture、EC）とは、原子核の放射性崩壊の一種である。電子捕獲では、電子軌道の電子が原子核に取り込まれ、捕獲された電子は原子核内の陽子と反応し中性子となり、同時に電子ニュートリノが放出される。捕獲される電子は普通はK軌道の電子であるが、L軌道やM軌道の電子が捕獲される場合もある。

この壊変では、中性子数が1つ増加し陽子数が1つ減少するため、質量数は変化せず原子番号が1つ減少する。

$\mathrm p + \mathrm e^- \rightarrow \mathrm n + \nu_e$

クォークのレベルでは

$\mathrm u + \mathrm e^- \rightarrow \mathrm d + \nu_e$

電子捕獲は陽子数が過剰で不安定な原子核で起こりやすく、β⁺崩壊（陽電子崩壊）と競合する場合も多いが、親核と娘核のエネルギー差が1.022M eVに満たない場合は電子捕獲のみが起こる。

軌道に生じた孔には、その外側の電子軌道から電子が遷移して、軌道のエネルギーの差に相当する波長のX線（特性X線）が放出される。また、より高い準位の軌道電子がこのエネルギーを受け取って原子外に放出されるオージェ電子も観測される。

電子捕獲の頻度は、化学結合や圧力などの外部の影響を受けてわずかに変化する。例えばベリリウム7は、金属状態の半減期と比較して、フッ化物では0.074%長くなる。また、ベリリウム7原子をフラーレン(C₆₀)の内部に閉じこめることで、半減期が0.83%短くなったという報告もなされている。

発見

β⁺崩壊は、親核と娘核のエネルギー差が電子と陽電子の静止エネルギー以上でなければ起こりえない。しかし実際には、この関係を満たさない崩壊の例が多くあった。1935年に湯川秀樹は、原子核が軌道電子を捕獲するという別の過程を提案し、1937年にルイ・アルヴァレによってK軌道電子の捕獲が実験的に証明された。

電子捕獲の例

${}^{26}_{13}\mathrm{Al} + \mathrm e^- \rightarrow {}^{26}_{12}\mathrm{Mg} + \nu_e$

${}^{37}_{18}\mathrm{Ar} + \mathrm e^- \rightarrow {}^{37}_{17}\mathrm{Cl} + \nu_e$

${}^{59}_{28}\mathrm{Ni} + \mathrm e^- \rightarrow {}^{59}_{27}\mathrm{Co} + \nu_e$

関連項目

ベータ崩壊

表・話・編・歴核反応

放射性崩壊	アルファ崩壊 · ベータ崩壊 · ガンマ崩壊 · クラスタ崩壊 · 二重ベータ崩壊 · 二重電子捕獲 · 内部転換 · 異性体転移 · 自発核分裂

その他の過程	放出過程: 中性子放出 · 陽電子放出 · 陽子放出捕獲: 電子捕獲 · 中性子捕獲

星の元素合成	pp連鎖 · CNOサイクル · α反応 · トリプルα · 炭素燃焼 · Ne燃焼 · O燃焼 · Si燃焼 · R過程 · S過程 · P過程 · Rp過程

カテゴリ: 原子 | 電子 | 原子核物理学

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