Vnitřní konverze

Aktuální verze stránky ještě nebyla zkontrolována zkušenými přispěvateli a může se výrazně lišit od verze recenzované 17. března 2020; kontroly vyžadují 3 úpravy .

Vnitřní přeměna (z lat.  conversio  - obrácení, rotace, transformace, změna) - fyzikální jev , spočívající v tom, že přechod atomového jádra z excitovaného izomerního stavu do stavu s nižší energií (neboli základního stavu ) je provádí přenosem energie uvolněné při přechodu přímo jeden z elektronů tohoto atomu [1] [2] [3] . V důsledku tohoto jevu tedy není emitováno γ kvantum , ale tzv. konverzní elektron , jehož kinetická energie je rovna rozdílu mezi energií jaderného izomerního přechodu a vazebnou energií elektronu na obalu . ze kterého byl emitován (v závislosti na tom, K-, L-, M- a další elektrony). Kromě toho je malý zlomek energie (setiny nebo tisíciny procenta) přenesen na samotný atom v důsledku zpětného rázu [1] .

Je třeba zdůraznit, že emitovaný konverzní elektron není beta částice , protože v důsledku vnitřní konverze nedochází ke změně náboje atomového jádra. Spektrum emitovaných konverzních elektronů je vždy lemováno díky jejich monoenergetickosti díky vazbě na konkrétní elektronový obal, zatímco spektrum elektronů rozpadu beta je spojité (vzhledem k tomu, že při rozpadu beta je energie distribuována mezi elektron a elektronové antineutrino ).

Historie objevu jevu

V letech 1909-1910 byla poprvé objevena řada diskrétních čar v distribučním spektru rychlostí elektronů emitovaných během beta rozpadu . Bayer , Hahn a Meitner , kteří nasměrovali beta elektrony (po oddělení v magnetickém poli ) na fotografickou desku . Nepodařilo se jim však detekovat souvislé pozadí rozpadových beta elektronů. Přítomnost pozadí zaregistroval v roce 1914 James Chadwick [4] .

Téměř současně Rutherford , Robinson ( eng.  H. Robinson ) a Rawlinson ( eng.  WT Rowlinson ) zjistili, že gama záření emitované během radioaktivního rozpadu je schopné vytahovat elektrony s diskrétními rychlostmi z kovových desek. Rutherford proto navrhl, že diskrétní čáry ve spektru beta paprsků patří sekundárním elektronům vytrženým gama paprsky emitovanými jádrem z elektronových obalů atomu. Následně byl tento jev nazýván vnitřní konverzí . Elektrony spojitého beta spektra jsou tedy přímo elektrony beta rozpadu, což bylo později potvrzeno prací Ellise ( angl.  CD Ellis ) a Woostera ( angl.  WA Wooster ) [4] .

Mechanismus jevu

Přenos energie na elektron jednoho z elektronových obalů je možný díky tomu, že se vlnové funkce jádra a spodního atomového obalu překrývají (což znamená konečnou pravděpodobnost nalezení s -orbitálního elektronu v jádře). Proces přenosu energie lze znázornit jako emisi kvanta gama záření (obvykle virtuálního) jádrem a absorpci tohoto kvanta elektronem atomového obalu, v důsledku čehož elektron atom opustí.

Přítomnost virtuálního gama kvanta v tomto mechanismu umožňuje vysvětlit možnost přechodů mezi jadernými stavy se spiny rovnými nule. Při takových přechodech je emise gama kvant absolutně zakázána a k přechodu jádra dochází buď vnitřní přeměnou (v tomto případě je energie předána elektronu virtuálním gama kvantem), nebo emisí dvou gama kvant s celková energie rovna energii jaderného přechodu (přechod dvou fotonů) [1] .

Nejvyšší pravděpodobnost je proces vnitřní přeměny elektronů K-slupky ( 1 s orbital ). Poté, co je elektron emitován v důsledku vnitřní přeměny, je výsledné prázdné místo vyplněno elektronem z vyššího atomového orbitalu, což vede k emisi charakteristických rentgenových paprsků a/nebo Augerových elektronů .

Interní konverzní poměr

Pravděpodobnost vnitřní konverze vzhledem k pravděpodobnosti přechodu s emisí gama kvanta je charakterizována celkovým vnitřním konverzním koeficientem , který je definován jako poměr intenzity toku konverzních elektronů k intenzitě záření gama pro daný jaderný přechod. Pro stanovení parciálních koeficientů vnitřní konverze pro elektrony obalů K-, L-, M-... ve vztahu k využití intenzity toku konverzních elektronů tohoto elektronového obalu [2] [3] . Celkový vnitřní přepočítací koeficient se tedy rovná součtu dílčích:

Výpočty vnitřního konverzního koeficientu se provádějí metodami kvantové teorie pole s přihlédnutím k stínění jaderného náboje elektrony jiných obalů atomu a konečných rozměrů jádra. Koeficient vnitřní konverze se mění v širokém rozmezí (10 3 -10 -4 ) v závislosti na energii a multipolaritě jaderného přechodu, jakož i na náboji jádra a na obalu, na kterém k vnitřní přeměně dochází. Je tím větší, čím nižší je energie přechodu, tím vyšší je jeho multipolarita a čím větší je jaderný náboj (v prvním přiblížení ~ Z 3 ) [1] [2] . Ve slabé míře (0,1-1 %) závisí vnitřní konverzní koeficient také na struktuře jádra [1] .

Porovnání experimentálně naměřených a teoreticky vypočtených koeficientů vnitřní konverze je jednou z hlavních metod pro stanovení multipolarity přechodů a kvantových charakteristik ( spinů a parit ) jaderných stavů [2] .

Převod párů

Pokud energie jaderného přechodu překročí dvojnásobek klidové energie elektronů ( E > 2 me c 2 = 1,022 MeV ) , pak může dojít ke vzniku elektron-pozitronových párů (tzv. párová konverze ), jejíž pravděpodobnost na rozdíl od vnitřní přeměna na elektronech, roste s rostoucí energií jaderného přechodu a klesá se zvyšováním jeho multipolarity. V tomto případě jsou spektra kinetické energie výsledných elektronů a pozitronů spojitá, ale celková kinetická energie elektronu a pozitronu je pevná a rovná se rozdílu mezi energií jaderného přechodu a energií vynaloženou na vytvoření elektronu. pozitronový pár [1] .

Podobné procesy

Pojmy vnitřní přeměna a fotoelektrický jev , který rovněž vede k emisi elektronů látkou pod vlivem elektromagnetického záření , by se neměly zaměňovat . Jejich rozdíl spočívá v tom, že při vnitřní přeměně je gama-kvantum, které přenáší energii elektronu, virtuální a je emitováno jádrem atomu, v jehož obalu se elektron nachází.

Ke vzniku Augerových elektronů, které se mohou objevit i po vnitřní přeměně, dochází podle mechanismu podobného vnitřní přeměně, kdy přebytečná energie (objevující se jako důsledek přechodu elektronu z vyšší elektronové hladiny na nižší k vyplnění vakance) se přenese na jeden z elektronů (viz . Augerův jev ). Rozdíl mezi emisí Augerových elektronů a vnitřní přeměnou je v tom, že v prvním případě se na něj energie unášená elektronem přenáší z excitovaného elektronového obalu atomu a ve druhém případě z excitovaného jádra.

Viz také

Poznámky

  1. ↑ 1 2 3 4 5 6 Fyzikální encyklopedie / Kap. vyd. A. M. Prochorov. - M. : Sovětská encyklopedie, 1990. - T. 2. Faktor kvality - Magnetooptika. - S. 436. - 703 s. — ISBN 5-85270-061-4 .
  2. ↑ 1 2 3 4 [bse.sci-lib.com/article063694.html "Interní konverze" v TSB]
  3. ↑ 1 2 "Interní konverze" na stránkách SINP MSU
  4. ↑ 1 2 Bronstein MP Vnitřní konverze gama záření.  // UFN . - 1933. - č. 7 .

Literatura