Elektroneneinfang (K-Elektroneneinfang, auch K-Einfang oder L-Elektroneneinfang, L-Einfang) ist ein Prozess, bei dem der protonenreiche Kern eines elektrisch neutralen Atoms ein inneres Atomelektron absorbiert, üblicherweise aus den K- oder L-Elektronenschalen. Dieser Prozess wandelt dabei ein Kernproton in ein Neutron um und bewirkt gleichzeitig die Emission eines Elektronenneutrinos.
Schema von zwei Arten des Elektroneneinfangs. Oben: Der Kern absorbiert ein Elektron. Unten links: Ein äußeres Elektron ersetzt das „fehlende“ Elektron. Ein Röntgenstrahl, dessen Energie der Differenz zwischen den beiden Elektronenhüllen entspricht, wird emittiert. Unten rechts: Beim Auger-Effekt wird die Energie, die absorbiert wird, wenn das äußere Elektron das innere Elektron ersetzt, auf ein äußeres Elektron übertragen. Das äußere Elektron wird aus dem Atom ausgestoßen und hinterlässt ein positives Ion.
p
+
e−
→
n
+
ν
e
Da dieses einzelne emittierte Neutrino die gesamte Zerfallsenergie trägt, hat es diese einzige charakteristische Energie. In ähnlicher Weise bewirkt der Impuls der Neutrinoemission, dass das Tochteratom mit einem einzigen charakteristischen Impuls zurückschlägt.
Das resultierende Tochternuklid geht, wenn es sich in einem angeregten Zustand befindet, in seinen Grundzustand über. Normalerweise wird während dieses Übergangs ein Gammastrahl emittiert, aber die Kernentregung kann auch durch interne Umwandlung erfolgen.
Nach dem Einfangen eines inneren Elektrons aus dem Atom ersetzt ein äußeres Elektron das eingefangene Elektron und ein oder mehrere charakteristische Röntgenphotonen werden dabei emittiert. Der Elektroneneinfang führt manchmal auch zum Auger-Effekt, bei dem ein Elektron aufgrund von Wechselwirkungen zwischen den Elektronen des Atoms bei der Suche nach einem Elektronenzustand mit niedrigerer Energie aus der Elektronenhülle des Atoms ausgestoßen wird.
Nach dem Elektroneneinfang wird die Ordnungszahl um eins reduziert, die Neutronenzahl um eins erhöht und die Massenzahl ändert sich nicht. Der einfache Elektroneneinfang selbst führt zu einem neutralen Atom, da der Verlust des Elektrons in der Elektronenhülle durch einen Verlust der positiven Kernladung ausgeglichen wird. Ein positives Atomion kann jedoch aus einer weiteren Augerelektronenemission resultieren.
Der Elektroneneinfang ist ein Beispiel für schwache Wechselwirkung, eine der vier fundamentalen Kräfte.Der Elektroneneinfang ist der primäre Zerfallsmodus für Isotope mit einem relativen Überfluss an Protonen im Kern, jedoch mit einer unzureichenden Energiedifferenz zwischen dem Isotop und seiner zukünftigen Tochter (der Isobar mit einer positiven Ladung weniger), damit das Nuklid durch Emittieren eines Positrons zerfällt. Der Elektroneneinfang ist immer ein alternativer Zerfallsmodus für radioaktive Isotope, die genügend Energie haben, um durch Positronen-Emission zu zerfallen. Der Elektroneneinfang wird manchmal als eine Art Beta-Zerfall bezeichnet, da der grundlegende Kernprozess, der durch die schwache Kraft vermittelt wird, derselbe ist. In der Kernphysik ist der Beta-Zerfall eine Art radioaktiver Zerfall, bei dem ein Betastrahl (schnelles energetisches Elektron oder Positron) und ein Neutrino von einem Atomkern emittiert werden.Der Elektroneneinfang wird manchmal als inverser Betazerfall bezeichnet, obwohl sich dieser Begriff normalerweise auf die Wechselwirkung eines Elektronenantineutrinos mit einem Proton bezieht.
Wenn die Energiedifferenz zwischen dem Elternatom und dem Tochteratom weniger als 1,022 MeV beträgt, ist die Positronenemission verboten, da nicht genügend Zerfallsenergie verfügbar ist, um dies zu ermöglichen, und daher ist der Elektroneneinfang der einzige Zerfallsmodus. Zum Beispiel zerfällt Rubidium-83 (37 Protonen, 46 Neutronen) ausschließlich durch Elektroneneinfang in Krypton-83 (36 Protonen, 47 Neutronen) (die Energiedifferenz oder Zerfallsenergie beträgt etwa 0,9 MeV).