Cattura elettronica

La cattura elettronica (ε, o EC) è un processo di trasformazione nucleare (reazione nucleare) in cui è implicata l'interazione nucleare debole, come avviene anche, in generale, per i decadimenti beta (β e β+). Tale trasformazione nucleare può avvenire per isotopi di un elemento con neutroni in difetto rispetto a quelli presenti in un isotopo stabile dell'elemento. Consiste nella cattura di un elettrone () da parte del nucleo, in seguito alla quale un protone () viene mutato in neutrone () e simultaneamente viene espulso un neutrino elettronico ():[1]

La conservazione della carica elettrica è evidentemente soddisfatta, si conservano pure il numero barionico (scompare un protone e compare un neutrone) e il numero leptonico (scompare un elettrone e compare un neutrino). L'elettrone catturato può essere in teoria uno qualsiasi ma normalmente è un elettrone già presente nell'atomo stesso. Per un generico nuclide AZE (atomo neutro) di un elemento soggetto a cattura elettronica, la trasformazione può essere schematizzata come segue:[2]

AZE+ + e   →   AZ-1E' +

dove e è l'elettrone, già facente parte dell'atomo, che verrà catturato dal nucleo, mentre AZE+ è lo stesso atomo senza quel suo elettrone; allora, questa reazione si può scrivere più semplicemente come:[2]

AZE   →   AZ-1E' +

Partendo da un atomo neutro i prodotti sono un atomo ancora neutro che ha nel nucleo un protone in meno (e un elettrone periferico in meno), un neutrone in più, e un neutrino emesso.[3] Normalmente, l'elettrone catturato dal nucleo è uno del primo guscio elettronico (1s, noto anche come livello K, da cui l'altra denominazione di "cattura K"): la probabilità di cattura di un elettrone 1s è diverse volte maggiore che dal 2s; tuttavia, può anche essere catturato un elettrone di un guscio superiore, sebbene più raramente.[4]

Questo processo è strettamente collegato con il decadimento β+, nel senso che nel nucleo avviene ancora la trasformazione di un protone in un neutrone (qui però con espulsione di un positrone), per cui l'elemento che viene prodotto è lo stesso, sebbene nel β+ esso venga prodotto come ione negativo; questo fa sì che la cattura elettronica e il decadimento β+ siano, a certe condizioni (vide infra), processi in competizione che possono coesistere per un dato nuclide.

  1. ^ Radioactivity, su hyperphysics.phy-astr.gsu.edu. URL consultato l'11 giugno 2023.
  2. ^ a b J. Kenneth Shultis e Richard E. Faw, 5.3.5 Electron Capture, in Fundamentals of nuclear science and engineering, Marcel Dekker, 2002, ISBN 978-0-8247-0834-4.
  3. ^ Nel decadimento β+ al posto dell'atomo neutro si ottiene il suo ione negativo perché gli elettroni periferici sono gli stessi di prima, ma nel nucleo c'è un protone in meno.
  4. ^ GREGORY R. CHOPPIN, JAN-OLOV LILJENZIN e JAN RYDBERG, Unstable Nuclei and Radioactive Decay, Elsevier, 2002, pp. 58–93, DOI:10.1016/b978-075067463-8/50004-2. URL consultato il 6 aprile 2024.

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