Conversie internă

Versiunea actuală a paginii nu a fost încă examinată de colaboratori experimentați și poate diferi semnificativ de versiunea revizuită pe 17 martie 2020; verificările necesită 3 modificări .

Conversie internă (din lat.  conversio  - inversare, rotație, transformare, schimbare) - un fenomen fizic , constând în faptul că trecerea unui nucleu atomic dintr-o stare izomeră excitată la o stare cu o energie mai mică (sau stare fundamentală ) este realizat prin transferul energiei eliberate în timpul tranziției direct unuia dintre electronii acestui atom [1] [2] [3] . Astfel, ca urmare a acestui fenomen, nu se emite un cuantum γ , ci așa-numitul electron de conversie , a cărui energie cinetică este egală cu diferența dintre energia tranziției izomerice nucleare și energia de legare a electronului de pe înveliș. din care a fost emis (în funcție de aceasta, K- , L-, M- și alți electroni). În plus, o mică fracțiune de energie (sutimi sau miimi de procent) este transferată atomului însuși ca urmare a efectului de recul [1] .

Merită subliniat faptul că electronul de conversie emis nu este o particulă beta , deoarece, ca urmare a conversiei interne, nu există nicio modificare a sarcinii nucleului atomic. Spectrul electronilor de conversie emiși este întotdeauna căptușit datorită monoenergeticii lor datorită legării la o înveliș electronică specifică, în timp ce spectrul electronilor de dezintegrare beta este continuu (datorită faptului că în timpul dezintegrarii beta energia este distribuită între un electron și un antineutrin electron). ).

Istoria descoperirii fenomenului

Pentru prima dată, în 1909-1910 au fost descoperite un număr de linii discrete în spectrul de distribuție al vitezelor electronilor emise în timpul dezintegrarii beta . Bayer , Hahn și Meitner , care au direcționat electronii beta (după ce au fost separați într-un câmp magnetic ) pe o placă fotografică . Cu toate acestea, ei nu au reușit să detecteze un fundal continuu de electroni de dezintegrare beta. Prezența fundalului a fost înregistrată în 1914 de James Chadwick [4] .

Aproape simultan, Rutherford , Robinson ( ing.  H. Robinson ) și Rawlinson ( ing.  WT Rowlinson ) au descoperit că razele gamma emise în timpul dezintegrarii radioactive sunt capabile să scoată electroni cu viteze discrete din plăcile metalice . Prin urmare, Rutherford a sugerat că liniile discrete din spectrul razelor beta aparțin electronilor secundari rupți de razele gamma emise de nucleu din învelișurile de electroni ale atomului. Ulterior, acest fenomen a fost numit conversie internă . Astfel, electronii spectrului beta continuu sunt direct electroni de dezintegrare beta, ceea ce a fost confirmat ulterior de lucrările lui Ellis ( ing.  CD Ellis ) și Wooster ( ing.  WA Wooster ) [4] .

Mecanismul fenomenului

Transferul de energie către un electron al uneia dintre învelișurile de electroni este posibil datorită faptului că funcțiile de undă ale nucleului și învelișurile atomice inferioare se suprapun (ceea ce înseamnă probabilitatea finită de a găsi un electron orbital s în nucleu). Procesul de transfer de energie poate fi reprezentat ca emisia unui cuantum de raze gamma (de obicei virtual) de către nucleu și absorbția acestui cuantum de către electronul învelișului atomic, în urma căreia electronul părăsește atomul.

Prezența unui quantum gamma virtual în acest mecanism face posibilă explicarea posibilității tranzițiilor între stările nucleare cu spini egali cu zero. În astfel de tranziții, emisia de cuante gamma este absolut interzisă, iar tranziția nucleului are loc fie prin conversie internă (în acest caz, energia este transferată la electron printr-o cuantă gamma virtuală), fie prin emisia a două cuante gamma cu o energie totală egală cu energia tranziției nucleare (tranziție cu doi fotoni) [ 1] .

Procesul de conversie internă a electronilor K-shell ( orbital 1 s ) are cea mai mare probabilitate. După ce electronul este emis ca rezultat al conversiei interne, locul vacant rezultat este umplut cu un electron dintr-un orbital atomic superior, rezultând emisia de raze X caracteristice și/sau electroni Auger .

Rata de conversie internă

Probabilitatea conversiei interne în raport cu probabilitatea unei tranziții cu emisia unui quantum gamma este caracterizată de coeficientul total de conversie internă , care este definit ca raportul dintre intensitatea fluxului de electroni de conversie și intensitatea radiației gamma pentru o tranziție nucleară dată. Pentru a determina coeficienții parțiali de conversie internă pentru electronii învelișurilor K-, L-, M-... în raport cu utilizarea intensității fluxului de electroni de conversie a acestei învelișuri de electroni [2] [3] . Astfel, rata de conversie internă totală este egală cu suma celor parțiale:

Calculele coeficientului intern de conversie sunt efectuate prin metodele teoriei câmpului cuantic, ținând cont de ecranarea sarcinii nucleare de către electronii altor învelișuri ale atomului și de dimensiunile finite ale nucleului. Coeficientul de conversie internă variază într-un interval larg (10 3 -10 -4 ) în funcție de energia și multipolaritatea tranziției nucleare, precum și de sarcina nucleului și de învelișul pe care are loc conversia internă. Este cu cât este mai mare, cu cât energia de tranziție este mai mică, cu atât este mai mare multipolaritatea sa și cu atât sarcina nucleară este mai mare (în prima aproximare ~ Z 3 ) [1] [2] . Într-un grad slab (0,1-1%), coeficientul de conversie intern depinde și de structura nucleului [1] .

Compararea coeficienților de conversie internă măsurați experimental și calculați teoretic este una dintre principalele metode de determinare a multipolarității tranzițiilor și a caracteristicilor cuantice ( spinuri și parități ) ale stărilor nucleare [2] .

Conversie pereche

Dacă energia de tranziție nucleară depășește de două ori energia de repaus a electronilor ( E > 2 me c 2 = 1,022 MeV ) , atunci poate avea loc formarea perechilor electron-pozitron (așa-numita conversie a perechii ), a căror probabilitate, spre deosebire de conversia internă a electronilor, crește odată cu creșterea energiei tranziției nucleare și scade odată cu creșterea multipolarității sale. În acest caz, spectrele de energie cinetică ale electronilor și pozitronilor rezultați sunt continue, dar energia cinetică totală a electronului și pozitronului este fixă ​​și egală cu diferența dintre energia de tranziție nucleară și energia cheltuită pentru crearea unui electron. pereche de pozitroni [1] .

Procese similare

Nu trebuie confundate conceptele de conversie internă și de efect fotoelectric , care are ca rezultat și emisia de electroni de către o substanță sub influența radiației electromagnetice . Diferența lor constă în faptul că, în timpul conversiei interne, gamma-cuantica care transferă energie către electron este virtuală și este emis de nucleul atomului din învelișul căruia se află electronul.

Formarea electronilor Auger, care pot apărea și după conversia internă, are loc după un mecanism asemănător conversiei interne, când excesul de energie (care apare ca urmare a trecerii unui electron de la un nivel electronic superior la unul inferior pentru a umple un vacant) este transferat la unul dintre electroni (vezi . Efectul Auger ). Diferența dintre emisia de electroni Auger și conversia internă este că, în primul caz, energia transportată de electron este transferată acestuia din învelișul de electroni excitați a atomului, iar în al doilea caz, din nucleul excitat.

Vezi și

Note

  1. ↑ 1 2 3 4 5 6 Enciclopedia fizică / Cap. ed. A. M. Prohorov. - M . : Enciclopedia Sovietică, 1990. - T. 2. Factorul de calitate - Magneto-optică. - S. 436. - 703 p. — ISBN 5-85270-061-4 .
  2. ↑ 1 2 3 4 [bse.sci-lib.com/article063694.html „Conversie internă” în TSB]
  3. ↑ 1 2 „Conversie internă” pe site-ul SINP MSU
  4. ↑ 1 2 Bronstein MP Conversia internă a razelor gamma.  // UFN . - 1933. - Nr 7 .

Literatură