Войти
Внутреннее преобразование - это процесс радиоактивного распада, в котором взаимодействует возбужденное ядро электромагнитно с одним из орбитальных электронов атома. Это заставляет электрон испускаться (выбрасываться) из атома. Таким образом, в процессе внутреннего преобразования электрон высокой энергии испускается из радиоактивного атома, но не из ядра. По этой причине высокоскоростные электроны, возникающие в результате внутреннего преобразования, не называются бета-частицами, поскольку последние возникают в результате бета-распада, где они вновь создаются в процессе ядерного распада.
Внутреннее преобразование возможно всякий раз, когда возможен гамма-распад, за исключением случая, когда атом полностью ионизирован. Во время внутреннего преобразования атомный номер не изменяется, и, таким образом (как в случае с гамма-распадом) не происходит превращения одного элемента в другой.
Поскольку электрон теряется из атома, в электронной оболочке появляется дыра, которая впоследствии заполняется другими электронами, которые спускаются на этот пустой, более низкий энергетический уровень и в процессе испускают характеристику X- луч (s), оже-электрон (s) или оба. Таким образом, атом испускает электроны высокой энергии и рентгеновские фотоны, ни один из которых не возникает в этом ядре. Атом предоставил энергию, необходимую для выброса электрона, который, в свою очередь, вызвал последние события и другие выбросы.
Поскольку первичные электроны в результате внутреннего преобразования несут фиксированную (большую) часть характерной энергии распада, они имеют дискретный энергетический спектр, а не расширенный (непрерывный) спектр, характерный для бета-частиц. В то время как энергетический спектр бета-частиц изображен как широкий горб, энергетический спектр внутренне преобразованных электронов изображен как один острый пик (см. Пример ниже).
В квантово-механической модели электрона вероятность нахождения электрона в ядре не равна нулю. Говорят, что во время процесса внутреннего преобразования волновая функция внутреннего оболочечного электрона (обычно s-электрона) проникает в объем атомного ядра. Когда это происходит, электрон может соединиться с возбужденным энергетическим состоянием ядра и получить энергию ядерного перехода напрямую, без предварительного образования промежуточного гамма-излучения. Кинетическая энергия испускаемого электрона равна энергии перехода в ядре за вычетом энергии связи электрона с атомом.
Большинство электронов внутренней конверсии (IC) исходит из оболочки K (состояние 1s), так как эти два электрона имеют наибольшую вероятность нахождения внутри ядра. Однако s-состояния в оболочках L, M и N (т. Е. Состояния 2s, 3s и 4s) также могут взаимодействовать с ядерными полями и вызывать выброс электронов IC из этих оболочек (называемых L или M или N внутреннее преобразование). Были подготовлены отношения вероятностей внутренней конверсии K-оболочки к другим L, M или N-оболочкам для различных нуклидов.
Количество энергии, превышающее атомную энергию связи s-электрона, должно подаваться к этому электрону, чтобы вытолкнуть его из атома и вызвать IC; иными словами, внутреннее преобразование не может произойти, если энергия распада ядра меньше определенного порога. Есть несколько радионуклидов, в которых энергии распада недостаточно для преобразования (выброса) электрона 1s (K-оболочка), и эти нуклиды, распадаясь за счет внутреннего преобразования, должны распадаться, выбрасывая электроны из L-, M- или N-оболочек ( т. е. путем выброса 2s, 3 или 4s электронов), поскольку эти энергии связи ниже.
Хотя s-электроны более вероятны для процессов IC из-за их более высокого проникновения в ядро по сравнению с электронами с орбитальным угловым моментом, спектральные исследования показывают, что p-электроны (из оболочек L и выше) иногда выбрасываются в процессе IC.
После того, как электрон IC испускается, у атома остается вакансия в одной из его электронных оболочек, обычно во внутренней. Это отверстие будет заполнено электроном из одной из более высоких оболочек, что заставит другой внешний электрон, в свою очередь, заполнить его место, вызывая каскад. Следовательно, одно или несколько характеристических рентгеновских лучей или оже-электронов будут испускаться, когда оставшиеся электроны в атоме каскадом спускаются вниз, чтобы заполнить вакансии.
Схема распада Hg 
Электронный спектр Hg, согласно Wapstra et al., Physica 20 (1954) 169 Схема распада слева показывает, что Hg дает непрерывный бета-спектр с максимальной энергией 214 кэВ, что приводит к возбужденному состоянию дочернего ядра Tl. Это состояние очень быстро распадается (в течение 2,8 × 10 с) до основного состояния Tl, испуская гамма-квант 279 кэВ.
На рисунке справа показан электронный спектр Hg, измеренный с помощью магнитного спектрометра. Он включает непрерывный бета-спектр и K-, L- и M-линии за счет внутреннего преобразования. Поскольку энергия связи K-электронов в Tl составляет 85 кэВ, линия K имеет энергию 279 - 85 = 194 кэВ. Из-за меньшей энергии связи L- и M-линии имеют более высокие энергии. Из-за конечного энергетического разрешения спектрометра «линии» имеют форму гаусса конечной ширины.
Внутреннее преобразование (часто сокращенно IC) предпочтительнее, когда энергия, доступная для гамма-перехода, мала, и это также основной режим снятия возбуждения для 0 → 0 (т.е. E0) переходы. Переходы 0 → 0 происходят, когда возбужденное ядро имеет нулевой спин и положительную четность и распадается до основного состояния, которое также имеет нулевой спин и положительную четность (например, все нуклиды с четным числом протонов и нейтроны). В таких случаях девозбуждение не может происходить посредством испускания гамма-излучения, поскольку это нарушило бы сохранение углового момента, следовательно, преобладают другие механизмы, такие как IC. Это также показывает, что внутреннее преобразование (вопреки его названию) не является двухэтапным процессом, когда гамма-луч сначала испускается, а затем преобразуется.
Коэффициент внутреннего преобразования для переходов E1 для Z = 40, 60 и 80 в соответствии с таблицами Sliv и Band, как функция энергии перехода. Конкуренция между внутренним преобразованием и гамма-распадом количественно оценивается в форма внутреннего коэффициента преобразования, который определяется как 
для увеличения атомного номера (Z) и при уменьшении энергии гамма-излучения наблюдается увеличение внутренних коэффициентов преобразования. В качестве примера на рисунке показаны рассчитанные коэффициенты IC для электрических дипольных (E1) переходов для Z = 40, 60 и 80.
Энергия испускаемого гамма-излучения является точной мерой разность энергий возбужденных состояний распадающегося ядра. В случае конверсионных электронов необходимо также учитывать энергию связи: энергия конверсионного электрона задается как 
Ядра с нулевым спином и высокими энергиями возбуждения (более примерно 1,022 МэВ) также не могут избавиться от энергии посредством (однократного) гамма-излучения из-за ограничений, налагаемых сохранение импульса, но они обладают достаточной энергией распада, чтобы распадаться в результате рождения пар. В этом типе распада электрон и позитрон испускаются из атома одновременно, и вопрос сохранения углового момента решается за счет вращения этих двух частиц продукта в противоположных направлениях.
Не следует путать внутренний процесс преобразования с аналогичным фотоэлектрическим эффектом. Когда гамма-луч, испускаемый ядром атома, попадает в другой атом, он может быть поглощен с образованием фотоэлектрона с четко определенной энергией (это раньше называлось «внешним преобразованием»). Однако при внутреннем преобразовании процесс происходит в пределах одного атома и без реального промежуточного гамма-излучения.
Так же, как атом может производить электрон внутреннего преобразования вместо гамма-луча, если энергия доступна изнутри ядра, так и атом может производить электрон Оже вместо Рентген, если электрон отсутствует на одной из низколежащих электронных оболочек. (Первый процесс может даже вызвать второй.) Подобно IC-электронам, оже-электроны имеют дискретную энергию, что приводит к резкому пику энергии в спектре.
Процесс захвата электрона также включает электрон внутренней оболочки, который в этом случае остается в ядре (изменяя атомный номер) и покидает атом (не ядро) в возбужденном состоянии. штат. Атом, у которого отсутствует внутренний электрон, может релаксировать за счет каскада рентгеновского излучения, поскольку электроны с более высокой энергией в атоме падают, чтобы заполнить вакансию, оставленную захваченным электроном в электронном облаке. Такие атомы также обычно демонстрируют эмиссию электронов Оже. Захват электронов, как и бета-распад, также обычно приводит к возбужденным атомным ядрам, которые затем могут релаксировать до состояния с наименьшей ядерной энергией любым из методов, разрешенных спиновыми ограничениями, включая гамма-распад и распад внутренней конверсии.
