Belső átalakítás

Az oldal jelenlegi verzióját még nem ellenőrizték tapasztalt közreműködők, és jelentősen eltérhet a 2020. március 17-én felülvizsgált verziótól ; az ellenőrzések 3 szerkesztést igényelnek .

Belső konverzió ( lat.  conversio  - megfordítás, forgás, átalakulás, változás) - fizikai jelenség , amely abból áll, hogy az atommag átmenete gerjesztett izomer állapotból alacsonyabb energiájú (vagy alapállapotú ) állapotba úgy hajtják végre, hogy az átmenet során felszabaduló energiát közvetlenül ennek az atomnak az egyik elektronjára továbbítják [1] [2] [3] . A jelenség eredményeként tehát nem egy γ kvantumot bocsátanak ki , hanem az úgynevezett konverziós elektront , amelynek kinetikus energiája megegyezik a magizomer átmenet energiája és a héjon lévő elektron kötési energiája közötti különbséggel. amelyből kibocsátott (ettől függően K- , L-, M- és egyéb elektronok). Ezenkívül a visszarúgás hatására az energia egy kis része (század- vagy ezredrésze) magához az atomhoz jut át ​​[1] .

Érdemes hangsúlyozni, hogy a kibocsátott konverziós elektron nem béta részecske , mivel a belső konverzió következtében az atommag töltése nem változik. A kibocsátott konverziós elektronok spektruma egy meghatározott elektronhéjhoz való kötődés miatti monoenergetikusságuk miatt mindig vonalas, míg a béta-bomlás elektronok spektruma folytonos (annak köszönhetően, hogy a béta-bomlás során az energia megoszlik egy elektron és egy elektron között antineutrínó ).

A jelenség felfedezésének története

1909-1910-ben fedeztek fel először számos diszkrét vonalat a béta-bomlás során kibocsátott elektronok sebességének eloszlási spektrumában . Bayer , Hahn és Meitner , akik a béta-elektronokat (miután mágneses térben szétválták ) egy fényképező lemezre irányították . Azonban nem sikerült kimutatniuk a béta-bomlás elektronok folyamatos hátterét. A háttér jelenlétét 1914-ben James Chadwick [4] regisztrálta .

Szinte egyidejűleg Rutherford , Robinson ( eng.  H. Robinson ) és Rawlinson ( ang.  WT Rowlinson ) felfedezte, hogy a radioaktív bomlás során kibocsátott gamma-sugarak képesek diszkrét sebességgel kihúzni az elektronokat a fémlemezekről . Ezért Rutherford azt javasolta, hogy a béta-sugarak spektrumában lévő diszkrét vonalak olyan másodlagos elektronokhoz tartoznak, amelyeket az atommag által az atom elektronhéjaiból kibocsátott gamma-sugarak tépnek ki. Ezt a jelenséget később belső konverziónak nevezték . Így a folytonos béta-spektrum elektronjai közvetlenül béta-bomlás elektronok, amit később Ellis ( eng. CD Ellis ) és Wooster ( ang. WA Wooster ) munkái is megerősítettek [4] .   

A jelenség mechanizmusa

Az energiaátvitel az egyik elektronhéj elektronjára azáltal lehetséges, hogy az atommag és az alsó atomi héjak hullámfüggvényei átfedik egymást (ami azt jelenti, hogy véges a valószínűsége annak , hogy az atommagban egy s -pályaelektront találunk). Az energiaátadás folyamata úgy ábrázolható, mint egy gamma-kvantum (általában virtuális) kibocsátása az atommag által, és ennek a kvantumnak az atomhéj elektronja általi abszorpciója, melynek eredményeként az elektron elhagyja az atomot.

A virtuális gamma-kvantum jelenléte ebben a mechanizmusban lehetővé teszi a nukleáris állapotok közötti átmenetek lehetőségét a nullával egyenlő spinekkel . Az ilyen átmeneteknél a gamma-kvantumok emissziója teljesen tilos, és az atommag átmenete vagy belső átalakulással (ebben az esetben virtuális gamma-kvantum útján energiát ad át az elektronnak), vagy két gamma-kvantum emissziójával történik. a magátmenet (kétfoton átmenet) energiájával egyenlő összenergia [1] .

A K-héj elektronok belső átalakulásának folyamata ( 1 s orbitális ) a legnagyobb valószínűséggel. Miután az elektron a belső konverzió eredményeként kibocsátódik, a keletkező üresedést egy magasabb atomi pályáról származó elektron tölti ki, ami jellegzetes röntgensugárzást és/vagy Auger-elektronokat bocsát ki .

Belső átváltási arány

A belső konverzió valószínűségét a gamma-kvantum kibocsátásával járó átmenet valószínűségéhez viszonyítva a teljes belső konverziós együtthatóval jellemezzük , amelyet a konverziós elektronfluxus intenzitásának és a gamma-sugárzás intenzitásának arányaként határozunk meg. egy adott nukleáris átmenet. Meghatározni a belső konverziós együtthatókat a K-, L-, M-... héj elektronjaira az ezen elektronhéj konverziós elektronjainak fluxusának felhasználásához [2] [3] . Így a teljes belső átváltási arány egyenlő a részlegesek összegével:

A belső konverziós együttható számításait a kvantumtérelmélet módszereivel végezzük , figyelembe véve a magtöltésnek az atom más héjainak elektronjai általi szűrését és az atommag véges méreteit. A belső konverziós együttható széles tartományban (10 3 -10 -4 ) változik a magátmenet energiájától és multipolaritásától , valamint az atommag töltésétől és attól a héjtól függően, amelyen a belső átalakulás megtörténik. Minél nagyobb, minél kisebb az átmeneti energia, annál nagyobb a multipolaritása, és minél nagyobb a magtöltés (első közelítésben ~ Z 3 ) [1] [2] . A belső konverziós együttható gyenge mértékben (0,1-1%) függ a mag szerkezetétől is [1] .

A kísérletileg mért és elméletileg számított belső konverziós együtthatók összehasonlítása az egyik fő módszer a magállapotok átmenetei és kvantumjellemzői ( spin és paritás ) multipolaritásának meghatározására [2] .

Párkonverzió

Ha az atommag átmeneti energiája meghaladja az elektron nyugalmi energiájának kétszeresét ( E > 2 me c 2 = 1,022 MeV ) , akkor elektron-pozitron párok keletkezhetnek (ún. párkonverzió ), amelynek valószínűsége, ellentétben Az elektronokon végbemenő belső konverzió növekszik az energiamagátmenet növekedésével, és csökken a multipolaritásának növekedésével. Ebben az esetben a keletkező elektronok és pozitronok kinetikus energia spektruma folytonos, de az elektron és a pozitron teljes kinetikus energiája rögzített és egyenlő a mag átmeneti energia és az elektron létrehozására fordított energia különbségével. pozitronpár [1] .

Hasonló folyamatok

Nem szabad összetéveszteni a belső konverzió és a fotoelektromos hatás fogalmát , amely egy anyag elektromágneses sugárzás hatására elektronkibocsátását is eredményezi . Különbségük abban rejlik, hogy a belső konverzió során az elektronnak energiát átadó gamma-kvantum virtuális , és az elektront tartalmazó atommag magja bocsátja ki.

Az Auger-elektronok kialakulása, amely a belső konverzió után is megjelenhet, a belső konverzióhoz hasonló mechanizmus szerint megy végbe, amikor az energiatöbblet (amely egy elektron magasabb elektronszintről alacsonyabb szintre való átmenete következtében jelenik meg, hogy kitöltse a üresedés) átkerül az egyik elektronra (lásd. Auger-effektus ). Az Auger-elektronok emissziója és a belső konverzió között az a különbség, hogy az első esetben az elektron által elvitt energia az atom gerjesztett elektronhéjáról, a második esetben pedig a gerjesztett magból kerül át rá.

Lásd még

Jegyzetek

  1. ↑ 1 2 3 4 5 6 Fizikai enciklopédia / Ch. szerk. A. M. Prohorov. - M . : Szovjet Enciklopédia, 1990. - T. 2. Minőségi tényező - Magneto-optika. - S. 436. - 703 p. — ISBN 5-85270-061-4 .
  2. ↑ 1 2 3 4 [bse.sci-lib.com/article063694.html "Belső átalakítás" a TSB-ben]
  3. ↑ 1 2 "Belső átalakítás" a SINP MSU honlapján
  4. ↑ 1 2 Bronstein MP Gamma-sugarak belső átalakítása.  // UFN . - 1933. - 7. sz .

Irodalom