核物理

電子捕獲(electron capture)

一個富含質子的原子核需要把一個質子變成中子,但有時它的能量不足以射出一個正子。它還有另一條路:不放出粒子,而是伸手吞掉自己原子中的一個電子。電子捕獲就是原子核拉入一個內殼層電子、藉以把質子轉成中子。它實質上就是把 β 正衰變改成「吸收一個電子」而非「放出一個正子」的版本。

基本過程是 p + e^- -> n + 微中子_e:一個束縛電子(通常來自最內層的 K 殼層,故稱「K 捕獲」)與核內一個質子結合,生成一個中子並放出單一個微中子。子核的 Z 減一、A 不變,恰如 β 正衰變。當兩者皆被允許時,電子捕獲與 β 正放射相互競爭;但當衰變能低於產生正子所需的門檻 2 m_e c^2 = 1.022 MeV 時,電子捕獲勝出,甚至是唯一的選項。由於只有兩個物體出現、反衝的原子核幾乎不帶能量,那顆微中子基本上是單一能量的,這與普通 β 衰變的連續能譜形成對比。

捕獲一個內層電子會在原子殼層留下一個空位,隨即由外層電子填補,並放出一條特徵 X 射線或一個歐傑(Auger)電子,這正是電子捕獲事件可觀測的蛛絲馬跡。電子捕獲在恆星演化的晚期舉足輕重:它移走電子、軟化支撐恆星核心的電子簡併壓,並協助觸發大質量恆星的核心塌縮。

鈹-7 只能藉電子捕獲衰變成鋰-7(半衰期約 53 天),因為它 0.862 MeV 的衰變能低於正子放射所需的 1.022 MeV。它的捕獲速率甚至會隨原子的化學環境略有變化,因為那會改變核處的電子密度。

當能量不足以產生正子時,原子核乾脆吞下一個電子代替。

電子捕獲與 β 正衰變生成相同的子核,但當衰變 Q 值低於 1.022 MeV 時只有電子捕獲可行。被捕獲的電子來自原子本身的電子雲,故此過程會微微依賴化學環境。

又称
ECK-captureinverse beta decay (nuclear)K 捕獲