Унутраная канверсія

З пляцоўкі Вікіпедыя
Jump to navigation Jump to search
Ядзерная фізіка
CNO Cycle-ru.svg
Атамнае ядро · Радыеактыўны распад · Ядзерная рэакцыя · Тэрмаядзерная рэакцыя
Гл. таксама «Фізічны партал»
Ядзерныя працэсы
Радыеактыўны распад

Ядзерны сінтэз

Унутраная канверсія (ад лац.: conversio — абарачэнне, пераварочванне, ператварэнне, змяненне) — фізічная з’ява, якая заключаецца ў тым, што пераход атамнага ядра з узбуджанага ізамернага стана ў стан з меншай энергіяй (ці асноўны стан) ажыццяўляецца шляхам перадачы вызваленай пры пераходзе энергіі непасрэдна аднаму з электронаў гэтага атама[1]. Такім чынам, у выніку гэтай з’явы выпускаецца не γ-квант, а так званы канверсійны электрон, кінетычная энергія якога роўная рознасці між энергіяй ядзернага ізамернага перахода і энергіяй сувязі электрона на той абалонцы, з якой ён быў выпушчаны (у залежнасці ад гэтага адрозніваюць K-, L-, M- і іншыя электроны). Акрамя таго, невялікая доля энергіі (сотыя ці тысячныя долі працэнта) перадаецца самому атаму ў выніку эфекту аддачы[2].

Варта падкрэсліць, што выпушчаны канверсійны электрон не з’яўляецца бэта-часціцай, бо ў выніку ўнутранай канверсіі не адбываецца змянення зараду атамнага ядра. Спектр выпушчаных канверсійных электронаў заўжды з’яўляецца лінейчастым з прычыны іх монаэнергетычнасці з-за прывязкі да канкрэтнай электроннай абалонкі, у той час як спектр электронаў бэта-распаду з’яўляецца неперарыўным (з-за таго, што пры бэта-распадзе энергія размяркоўваецца між электронам і электронным антынейтрынам).

Механізм з’явы[правіць | правіць зыходнік]

Перадача энергіі электрону адной з электронных абалонак магчыма дзякуючы таму, што хвалевыя функцыі ядра і ніжніх атамных абалонак перакрываюцца (што азначае ненулявую імавернасць знаходжання электрона s-арбіталі ў ядры). Працэс перадачы энергіі можна прадставіць у відзе выпускання ядром гаму-кванта (як правіла, віртуальнага) і паглынання гэтага кванта электронам атамнай абалонкі, у выніку чаго электрон пакідае атам.

Прысутнасць у гэтым механізме віртуальнага гама-кванта дазваляе растлумачыць магчымасць пераходаў між ядзернымі станамі са спінамі, роўнымі нулю. У такіх пераходах выпусканне гама-квантаў абсалютна забаронена, і пераход ядра адбываецца альбо шляхам унутранай канверсіі (пры гэтай перадача энергіі электрону ажыццяўляецца менавіта віртуальным гама-квантам), альба выпраменьваннем двух гама-квантаў з сумарнай энергіяй, роўнай энергіі ядзернага перахода (двухфатонным пераходам).

Найбольшую імавернасць мае працэс унутранай канверсіі электронаў K-абалонкі (арбіталь 1s). Пасля выпускання электрона ў выніку ўнутранай канверсіі ўтвораная вакансія запаўняецца электронам з больш высокай атамнай арбіталі, у выніку чаго назіраецца выпусканне характарыстычнага рэнтгенаўскага выпраменьвання і/ці ажэ-электронаў.

Каэфіцыент унутранай канверсіі[правіць | правіць зыходнік]

Імавернасць унутранай канверсіі адносна імавернасці перахода з выпусканнем гама-кванта характарызуецца поўным каэфіцыентам унутранай канверсіі, які вызначаецца як адносіна інтэнсіўнасці патоку канверсійных электронаў да інтэнсіўнасці гама-выпраменьванні для дадзенага ядзернага перахода. Для вызначэння парцыяльных каэфіцыентаў унутранай канверсіі для электронаў K-, L-, M-, … абалонак у адносіне выкарыстоўваюць інтэнсіўнасці патоку канверсійных электронаў дадзенае электроннай абалонкі. Такім чынам, поўны каэфіцыент унутранай канверсіі роўны суме парцыяльных:

Разлікі каэфіцыента ўнутранай канверсіі праводзяць метадамі квантавай тэорыі поля з улікам экранавання зараду ядра электронамі іншых абалонак атама і канечных размераў ядра. Каэфіцыент унутранай канверсіі змяняецца ў шырокіх граніцах (103—10−4) у залежнасці ад энергіі і мультыпольнасці ядзернага перахода, а таксама ад зараду ядра і ад абалонкі, на якой адбываецца ўнутраная канверсія. Ён тым большы, чым меншая энергія перахода, чым вышэйшая яго мультыпольнасць, і чым большы зарад ядра (у першым прыбліжэнні ~Z3). У нязначнай ступені (0,1—1 %) каэфіцыент унутранай канверсіі таксама залежыць і ад структуры ядра.

Параўнанне эксперыментальна вымераных і тэарэтычна вылічаных каэфіцыентаў унутранай канверсіі з’яўляецца адным з асноўных метадаў вызначэння мультыпольнасцей пераходаў і квантавых характарыстык (спінаў і цотнасцей) ядзерных станаў.

Парная канверсія[правіць | правіць зыходнік]

Калі энергія ядзернага перахода перавышае падвоеную энергію спакою электрона (E > 2mec = 1,022 МэВ), тады можа адбывацца ўтварэнне электрон-пазітронных пар, так званая парная канверсія, імавернасць якой (у адрозненне ад унутранай канверсіі на электронах) расце з павелічэннем энергіі ядзернага перахода і спадае з павелічэннем яго мультыпольнасці. У гэтым выпадку спектры кінетычнай энергіі ўтвораных электронаў і пазітронаў з’яўляюцца неперарыўнымі, аднак сумарная кінетычная энергія электрона і пазітрона фіксавана і роўная рознасцi энергіі ядзернага перахода і энергіі, затрачанай на нараджэнне электрон-пазітроннай пары.

Падобныя працэсы[правіць | правіць зыходнік]

Не трэба змешваць паняцці ўнутранай канверсіі і фотаэлектрычнага эфекту, у выніку якога таксама адбываецца выпусканне электронаў рэчывам пад уздзеяннем электрамагнітнага выпраменьвання. Іх адрозненне заключаецца ў тым, што пры ўнутранай канверсіі гама-квант, які перадае энергію электрону, з’яўляецца віртуальным і выпускаецца ядром таго атама, у абалонцы якога знаходзіць электрон.

Утварэнне ажэ-электронаў, якія могуць паяўляцца ў тым ліку і пасля ўнутранай канверсіі, адбываецца па падобнаму з унутранай канверсіяй механізму, калі лішкавая энергія (якая з’явілася ў выніку перахода электрона з больш высокага электроннага ўзроўню на ніжэйшы для запаўнення вакансіі) перадае аднаму з электронаў (гл. эфект Ажэ). Адрозненне між выпраменьваннем ажэ-электронаў і ўнутранай канверсіяй заключаецца ў тым, што ў першым выпадку энергія, якую забірае электрон, перадаецца яму ад узбуджанай электроннай абалонкі атама, а ў другім выпадку — ад узбуджанага ядра.

См. таксама[правіць | правіць зыходнік]

Зноскі

  1. Конверсия внутренняя // Большая советская энциклопедия.
  2. Конверсия внутренняя // Физическая энциклопедия / Гл. ред. А. М. Прохоров. — М.: Советская энциклопедия, 1990. — Т. 2. Добротность — Магнитооптика. — С. 436. — 703 с. — ISBN 5-85270-061-4.