Intern konvertering

Den aktuella versionen av sidan har ännu inte granskats av erfarna bidragsgivare och kan skilja sig väsentligt från versionen som granskades den 17 mars 2020; kontroller kräver 3 redigeringar .

Intern omvandling (från lat.  omvandling  - omkastning, rotation, transformation, förändring) - ett fysiskt fenomen , som består i det faktum att övergången av en atomkärna från ett exciterat isomert tillstånd till ett tillstånd med lägre energi (eller grundtillstånd ) är utförs genom att överföra den energi som frigörs under övergången direkt en av elektronerna i denna atom [1] [2] [3] . Som ett resultat av detta fenomen emitteras alltså inte ett y-kvant , utan den så kallade omvandlingselektronen , vars kinetiska energi är lika med skillnaden mellan energin för den nukleära isomera övergången och bindningsenergin för elektronen på skalet varifrån det emitterades (beroende på detta, K- , L-, M- och andra elektroner). Dessutom överförs en liten bråkdel av energi (hundradelar eller tusendelar av en procent) till själva atomen som ett resultat av rekyleffekten [1] .

Det är värt att betona att den emitterade omvandlingselektronen inte är en beta-partikel , eftersom det inte sker någon förändring i laddningen av atomkärnan som ett resultat av intern omvandling. Spektrumet av emitterade omvandlingselektroner är alltid kantat på grund av deras monoenergeticitet på grund av bindning till ett specifikt elektronskal, medan spektrumet av beta-sönderfallselektroner är kontinuerligt (beroende på det faktum att under beta-sönderfall energi fördelas mellan en elektron och en elektron antineutrino ).

Historien om upptäckten av fenomenet

För första gången upptäcktes ett antal diskreta linjer i distributionsspektrumet för elektronernas hastigheter som emitterades under beta-sönderfall 1909-1910. Bayer , Hahn och Meitner , som riktade betaelektroner (efter att ha separerats i ett magnetfält ) på en fotografisk platta . Men de misslyckades med att upptäcka en kontinuerlig bakgrund av beta-sönderfallselektroner. Närvaron av bakgrunden registrerades 1914 av James Chadwick [4] .

Nästan samtidigt upptäckte Rutherford , Robinson ( eng.  H. Robinson ) och Rawlinson ( eng.  WT Rowlinson ) att gammastrålar som sänds ut under radioaktivt sönderfall är kapabla att dra ut elektroner med diskreta hastigheter från metallplattor . Därför föreslog Rutherford att de diskreta linjerna i spektrumet av beta-strålar tillhör sekundära elektroner som rivs ut av gammastrålar som emitteras av kärnan från atomens elektronskal. Därefter kallades detta fenomen intern konvertering . Således är elektronerna i det kontinuerliga betaspektrumet direkt beta-sönderfallselektroner, vilket senare bekräftades av Ellis ( eng.  CD Ellis ) och Wooster ( eng.  WA Wooster ) [4] .

Mekanismen för fenomenet

Överföringen av energi till en elektron i ett av elektronskalen är möjlig på grund av att kärnans vågfunktioner och de nedre atomskalen överlappar varandra (vilket betyder den ändliga sannolikheten att hitta en s -orbital elektron i kärnan). Processen för energiöverföring kan representeras som emissionen av ett gammastrålningskvantum (vanligtvis virtuellt) av kärnan och absorptionen av detta kvant av atomskalets elektron, som ett resultat av vilket elektronen lämnar atomen.

Närvaron av ett virtuellt gammakvantum i denna mekanism gör det möjligt att förklara möjligheten till övergångar mellan kärntillstånd med snurr lika med noll. I sådana övergångar är emission av gammakvanta absolut förbjuden och övergången av kärnan sker antingen genom intern omvandling (i detta fall överförs energi till elektronen genom ett virtuellt gammakvantum), eller genom emission av två gammakvanter med en total energi lika med energin för kärnövergången (tvåfotonövergång) [1] .

Processen för intern omvandling av K-skalelektroner ( 1 s orbital ) har den högsta sannolikheten. Efter att elektronen emitterats som ett resultat av intern omvandling, fylls den resulterande vakansen med en elektron från en högre atomomloppsbana, vilket resulterar i emission av karakteristiska röntgenstrålar och/eller Auger-elektroner .

Intern konverteringsfrekvens

Sannolikheten för intern omvandling med avseende på sannolikheten för en övergång med emission av ett gammakvantum kännetecknas av den totala interna omvandlingskoefficienten , som definieras som förhållandet mellan intensiteten av omvandlingselektronflödet och intensiteten av gammastrålning för en given kärnkraftsövergång. För att bestämma partialkoefficienterna för intern omvandling för elektronerna i K-, L-, M-... skalen i förhållande till att använda intensiteten av flödet av omvandlingselektroner i detta elektronskal [2] [3] . Således är den totala interna omvandlingsfrekvensen lika med summan av de partiella:

Beräkningar av den interna omvandlingskoefficienten utförs med metoderna för kvantfältteori, med hänsyn tagen till screeningen av kärnladdningen av elektroner från andra skal av atomen och kärnans ändliga dimensioner. Koefficienten för intern omvandling varierar över ett brett intervall (10 3 -10 -4 ) beroende på energin och multipolariteten hos kärnövergången, såväl som på kärnans laddning och på skalet på vilket den interna omvandlingen sker. Den är ju större, ju lägre övergångsenergi, desto högre är dess multipolaritet, och desto större är kärnladdningen (i den första approximationen ~ Z 3 ) [1] [2] . I svag grad (0,1-1%) beror den interna omvandlingskoefficienten även på kärnans struktur [1] .

Jämförelse av experimentellt uppmätta och teoretiskt beräknade koefficienter för intern omvandling är en av huvudmetoderna för att bestämma multipolariteten hos övergångar och kvantkarakteristika ( spinn och pariteter ) för kärntillstånd [2] .

Parkonvertering

Om den nukleära övergångsenergin överstiger två gånger elektronviloenergin ( E > 2 me c 2 = 1,022 MeV ) så kan bildandet av elektron-positronpar uppstå (den så kallade paromvandlingen ), vars sannolikhet i motsats till intern omvandling på elektroner, ökar med ökande energikärnövergång och minskar med en ökning av dess multipolaritet. I detta fall är de kinetiska energispektra för de resulterande elektronerna och positronerna kontinuerliga, men den totala kinetiska energin för elektronen och positronen är fixerad och lika med skillnaden mellan den nukleära övergångsenergin och den energi som spenderas på skapandet av en elektron. positronpar [1] .

Liknande processer

Begreppen intern omvandling och fotoelektrisk effekt , som också resulterar i att ett ämne emitteras av elektroner under påverkan av elektromagnetisk strålning , bör inte förväxlas . Deras skillnad ligger i det faktum att under intern omvandling är gamma-kvantumet som överför energi till elektronen virtuellt och emitteras av atomkärnan i skalet där elektronen är belägen.

Bildandet av Auger-elektroner, som också kan uppstå efter intern omvandling, sker enligt en mekanism som liknar intern omvandling, när överskottsenergi (uppstår som ett resultat av en elektrons övergång från en högre elektronisk nivå till en lägre för att fylla en vakans) överförs till en av elektronerna (se . Augereffekt ). Skillnaden mellan emissionen av Auger-elektroner och intern omvandling är att i det första fallet överförs energin som transporteras av elektronen till den från atomens exciterade elektronskal och i det andra fallet från den exciterade kärnan.

Se även

Anteckningar

  1. ↑ 1 2 3 4 5 6 Physical Encyclopedia / Kap. ed. A. M. Prokhorov. - M . : Soviet Encyclopedia, 1990. - T. 2. Kvalitetsfaktor - Magneto-optik. - S. 436. - 703 sid. — ISBN 5-85270-061-4 .
  2. ↑ 1 2 3 4 [bse.sci-lib.com/article063694.html "Intern konvertering" i TSB]
  3. ↑ 1 2 "Intern konvertering" på webbplatsen för SINP MSU
  4. ↑ 1 2 Bronstein MP Intern omvandling av gammastrålar.  // UFN . - 1933. - Nr 7 .

Litteratur