Doppelter Elektroneneinfang

Der doppelte Elektroneneinfang ist eine Möglichkeit des radioaktiven Zerfalls eines Atomkerns. Als Formelsymbol wird EC/EC oder ${\displaystyle 2\epsilon }$ verwendet. Für ein Nuklid (A, Z) mit der Zahl A der Nukleonen und der Ordnungszahl Z ist ein doppelter Elektroneneinfang nur möglich, wenn die Masse des Nuklids (A, Z − 2) kleiner ist.^[1] Er ist mit dem doppelten Betazerfall verwandt.^[2]

Auf diesem Zerfallsweg werden zwei Elektronen aus der Atomhülle von zwei Protonen des Atomkerns eingefangen und es entstehen zwei Neutronen. Dabei werden zwei Neutrinos freigesetzt. Da die Protonen in Neutronen umgewandelt werden, erhöht sich die Anzahl der Neutronen um 2 und die Anzahl der Protonen Z verringert sich um 2. Die Massenzahl A bleibt unverändert. Durch Änderung der Protonenzahl entsteht bei doppeltem Elektroneneinfang das Nuklid eines anderen Elements.

Beispiel:

${\displaystyle \mathrm {{}_{\ 54}^{124}Xe} +2\mathrm {e} ^{-}\rightarrow \mathrm {{}_{\ 52}^{124}Te} +2\,\nu _{e}}$

Die Wahrscheinlichkeit für den doppelten Elektroneneinfang ist, wie beim doppelten Betazerfall, ungeheuer klein, da hier ein Prozess der Schwachen Wechselwirkung gleich zweimal stattfinden muss und weil der Überlapp der Elektronenorbitale mit dem um 4–5 Zehnerpotenzen kleineren Atomkern sehr klein ist (d. h. die Aufenthaltswahrscheinlichkeit eines Elektrons im Kern ist extrem klein, die Wahrscheinlichkeit für den gleichzeitigen Aufenthalt zweier Elektronen noch immens kleiner). Der hier genannte Zerfall von ¹²⁴Xe hat eine Halbwertszeit von 18 Trilliarden (1,8·10²²) Jahren und ist damit der seltenste Zerfall, der je beobachtet wurde.^[3][4] Der doppelte Elektroneneinfang kann daher nur auftreten, wenn der einzelne Elektroneneinfang aus energetischen Gründen nicht möglich ist, was insgesamt bei 35 natürlich vorkommenden Nukliden der Fall ist.^[1][2]

Der experimentelle Nachweis des doppelten Elektroneneinfangs ist noch schwieriger als der des doppelten Betazerfalls, denn die einzigen nachweisbaren Teilchen sind hierbei ${\displaystyle \gamma }$-Quanten und Augerelektronen, die aus der Atomhülle emittiert werden. In diesem Energiebereich (wenige keV) ist das Hintergrundrauschen deutlich höher. Als erster und bislang einziger doppelter Elektroneneinfang konnte 2019 der Zerfall von ¹²⁴Xe zweifelsfrei nachgewiesen werden.^[3][4]

1. ↑ ^{a b} B. R. Martin: Nuclear and Particle Physics An Introduction. John Wiley & Sons, 2011, ISBN 978-1-119-96511-4 (eingeschränkte Vorschau in der Google-Buchsuche). 
2. ↑ ^{a b} Michele Barone: Astroparticle, Particle and Space Physics, Detectors and Medical Physics Applications Proceedings of the 9th Conference : Villa Olmo, Como, Italy, 17-21 October 2005. World Scientific, 2006, ISBN 981-256-798-4, S. 169 (eingeschränkte Vorschau in der Google-Buchsuche). 
3. ↑ ^{a b} Nadja Podbregar: Der seltenste Zerfall des Universums. 25. April 2019, abgerufen am 2. Mai 2019. 
4. ↑ ^{a b} Robert Gast: Spektrum der Wissenschaft, 18 Trilliarden Jahre Halbwertszeit. 24. April 2019, abgerufen am 2. Mai 2019.