Внутренняя конверсия

Рис. 1.

Явление внутренней конверсии состоит в том, что атомное ядро, находящееся в возбужденном состоянии с энергией E_i может перейти в состояние с меньшей энергией E_f, передав энергию W_if = E_i - E_f одному из электронов атомной оболочки. В результате внутренней конверсии испускается электрон, энергия которого E_eопределяется соотношением

E_e = W_if - E_K,L,M...,

где E_K,L,M.. - энергия связи электрона в K-, L-, M-... оболочках. В процессе внутренней конверсии участвует виртуальный фотон. Внутренняя конверсия - процесс конкурирующий с γ-излучением. Конкуренция между γ-излучением и внутренней конверсией характеризуется полным коэффициентом внутренней конверсии α, который равен отношению вероятностей испускания электрона N_e к вероятности испускания γ-кванта N_γ.

α = N_e/N_γ= α_K + α_L + α_M +...,

где α_K, α_L, α_M,...- парциальные коэффициенты внутренней конверсии для электронов K-, L-, M-...оболочек.
Величина коэффициента внутренней конверсии сильно возрастает с увеличением мультипольности перехода и уменьшением его энергии, растет с увеличением заряда ядра.

Рис. 3.

В случае 0-0 переходов внутренняя конверсия - единственный способ снятия возбуждения ядра. Явление 0-0-перехода возникает в том случае, когда основной и первый возбужденный уровни ядра имеют спин 0. Такая ситуация имеет место, например, в ядре ⁷²Ge, в котором основной и первый возбужденный уровни имеют характеристики 0⁺ (рис. 3). Если ядро оказывается в первом возбуждённом состоянии, оно не может перейти в основное состояние путём испускания гамма-кванта, так как реального фотона E0 с нулевым моментом не существует. Но оказывается, что виртуальный E0 гамма-квант с нулевым моментом и положительной четностью может существовать. И этот квант действительно обеспечивает снятие возбуждения ядра путем внутренней конверсии.

Процесс внутренней конверсии всегда сопровождается рентгеновским излучением, возникающем при переходе электронов с внешних оболочек атома на освободившиеся в результате конверсии состояния K-, L-, M-...оболочек.

Га́мма-излуче́ние (гамма-лучи, γ-лучи) — вид электромагнитного излучения с чрезвычайно малой длиной волны — < 5·10⁻³ нм и, вследствие этого, ярко выраженными корпускулярными и слабо выраженными волновыми свойствами. Гамма-квантами являются фотоны с высокой энергией. Считается, что энергии квантов гамма-излучения превышают 10⁵ эВ, хотя резкая граница между гамма- и рентгеновским излучением не определена. На шкале электромагнитных волн гамма-излучение граничит с рентгеновским излучением, занимая диапазон более высоких частот и энергий. В области 1-100 кэВ гамма-излучение и рентгеновское излучение различаются только по источнику: если квант излучается в ядерном переходе, то его принято относить к гамма-излучению; если при взаимодействиях электронов или при переходах в атомной электронной оболочке — к рентгеновскому излучению. С точки зрения физики, кванты электромагнитного излучения с одинаковой энергией не отличаются, поэтому такое разделение условно.

Гамма-излучение испускается при переходах между возбуждёнными состояниями атомных ядер (см. Изомерный переход, энергии таких гамма-квантов лежат в диапазоне от ~1 кэВ до десятков МэВ), при ядерных реакциях (например, при аннигиляции электрона и позитрона, распаде нейтрального пиона и т.д.), а также при отклонении энергичных заряженных частиц в магнитных и электрических полях