La cattura elettronica (K-electron capture, anche K-capture, o L-electron capture, L-capture) è un processo in cui il nucleo ricco di protoni di un atomo elettricamente neutro assorbe un elettrone atomico interno, di solito dai gusci di elettroni K o L. Questo processo cambia quindi un protone nucleare in un neutrone e provoca simultaneamente l’emissione di un neutrino elettronico.
Schema di due tipi di cattura elettronica. Top: Il nucleo assorbe un elettrone. In basso a sinistra: un elettrone esterno sostituisce l’elettrone “mancante”. Viene emesso un raggio X, uguale in energia alla differenza tra i due gusci di elettroni. In basso a destra: Nell’effetto Coclea, l’energia assorbita quando l’elettrone esterno sostituisce l’elettrone interno viene trasferita ad un elettrone esterno. L’elettrone esterno viene espulso dall’atomo, lasciando uno ion positivo.
p
+
e−
→
n
+
ν
e
Poiché questo singolo neutrino emesso trasporta l’intera energia di decadimento, ha questa singola energia caratteristica. Allo stesso modo, la quantità di moto dell’emissione di neutrini provoca il rinculo dell’atomo figlia con un singolo momento caratteristico.
Il nuclide figlia risultante, se è in uno stato eccitato, passa al suo stato fondamentale. Di solito, un raggio gamma viene emesso durante questa transizione, ma la diseccitazione nucleare può anche avvenire per conversione interna.
Dopo la cattura di un elettrone interno dall’atomo, un elettrone esterno sostituisce l’elettrone catturato e uno o più fotoni caratteristici dei raggi X vengono emessi in questo processo. La cattura di elettroni a volte si traduce anche nell’effetto Coclea, in cui un elettrone viene espulso dal guscio di elettroni dell’atomo a causa delle interazioni tra gli elettroni dell’atomo nel processo di ricerca di uno stato di elettroni di energia inferiore.
Dopo la cattura di elettroni, il numero atomico viene ridotto di uno, il numero di neutroni viene aumentato di uno e non vi è alcun cambiamento nel numero di massa. La semplice cattura di elettroni da sola si traduce in un atomo neutro, poiché la perdita dell’elettrone nel guscio dell’elettrone è bilanciata da una perdita di carica nucleare positiva. Tuttavia, uno ion atomico positivo può derivare da un’ulteriore emissione di elettroni a coclea.
La cattura elettronica è un esempio di interazione debole, una delle quattro forze fondamentali.
La cattura elettronica è la modalità di decadimento primaria per gli isotopi con una relativa sovrabbondanza di protoni nel nucleo, ma con una differenza di energia insufficiente tra l’isotopo e la sua futura figlia (l’isobara con una carica positiva in meno) affinché il nuclide decada emettendo un positrone. La cattura di elettroni è sempre una modalità di decadimento alternativa per gli isotopi radioattivi che hanno energia sufficiente per decadere per emissione di positroni. La cattura di elettroni è talvolta inclusa come un tipo di decadimento beta, perché il processo nucleare di base, mediato dalla forza debole, è lo stesso. In fisica nucleare, il decadimento beta è un tipo di decadimento radioattivo in cui un raggio beta (elettrone energetico veloce o positrone) e un neutrino sono emessi da un nucleo atomico.La cattura elettronica è talvolta chiamata decadimento beta inverso, anche se questo termine di solito si riferisce all’interazione di un antineutrino elettronico con un protone.
Se la differenza di energia tra l’atomo genitore e l’atomo figlia è inferiore a 1,022 MeV, l’emissione di positroni è vietata in quanto non è disponibile abbastanza energia di decadimento per consentirla, e quindi la cattura di elettroni è l’unica modalità di decadimento. Ad esempio, il rubidio-83 (37 protoni, 46 neutroni) decadrà in krypton-83 (36 protoni, 47 neutroni) esclusivamente per cattura elettronica (la differenza di energia, o energia di decadimento, è di circa 0,9 MeV).