Просмотр кода страницы Внутренняя конверсия

{{about|ядерном процессе|фотохимическом процессе|Внутренняя конверсия (химия)}}
{{Ядерная физика}}
{{Ядерные процессы}}
'''Внутренняя конве́рсия''' (от {{lang-la|conversio}} — обращение, вращение, превращение, изменение) — [[физическое явление]], заключающееся в том, что [[Изомерный переход|переход]] [[Атомное ядро|атомного ядра]] из возбуждённого [[Изомерия атомных ядер|изомерного состояния]] в состояние с меньшей энергией (или [[основное состояние]]) осуществляется путём передачи высвобождаемой при переходе [[Энергия|энергии]] непосредственно одному из [[электрон]]ов этого [[атом]]а<ref name="ФЭ">{{книга|автор=|часть=|заглавие= Физическая энциклопедия|оригинал=|ссылка=|ответственный= Гл. ред. А. М. Прохоров|издание=|место=М.|издательство=Советская энциклопедия|год= 1990|том= 2. Добротность — Магнитооптика|страницы= 436|страниц= 703|серия=|isbn= 5-85270-061-4|тираж=}}</ref><ref name="bse">[bse.sci-lib.com/article063694.html «Конверсия внутренняя» в БСЭ]</ref><ref name="nuclphys">{{Cite web |url=http://nuclphys.sinp.msu.ru/spargalka/023.htm |title=«Внутренняя конверсия» на сайте НИИЯФ МГУ |access-date=2009-11-29 |archive-date=2010-11-03 |archive-url=https://web.archive.org/web/20101103082455/http://nuclphys.sinp.msu.ru/spargalka/023.htm |deadlink=no }}</ref>. Таким образом, в результате этого явления испускается не [[Гамма-квант|γ-квант]], а так называемый ''конверсионный электрон'', кинетическая энергия которого равна разности между энергией ядерного изомерного перехода и [[Энергия связи|энергией связи]] электрона на той [[Электронная оболочка|оболочке]], с которой он был испущен (в зависимости от этого различают K-, L-, M- и др. электроны). Кроме того, небольшая доля энергии (сотые или тысячные доли процента) передаётся самому атому в результате эффекта отдачи<ref name="ФЭ"/>.

Стоит подчеркнуть, что испускаемый конверсионный электрон не является [[Бета-частица|бета-частицей]], так как в результате внутренней конверсии не происходит изменения заряда атомного ядра. Спектр испущенных конверсионных электронов всегда является линейчатым ввиду их моноэнергетичности из-за привязки к конкретной электронной оболочке, в то время как спектр электронов [[бета-распад]]а является непрерывным (из-за того, что при бета-распаде энергия распределяется между электроном и электронным [[антинейтрино]]).

== История открытия явления ==
Впервые ряд [[Дискретность|дискретных]] линий в спектре распределения [[Скорость|скоростей]] электронов, испускаемых при [[бета-распад]]е, был обнаружен в 1909—1910 гг. [[Байер, Адольф|Байером]], [[Ган, Отто|Ганом]] и [[Мейтнер, Лиза|Мейтнер]], направившими бета-электроны (после разделения в [[Магнитное поле|магнитном поле]]) на [[Фотопластинка|фотопластинку]]. Однако они не сумели обнаружить непрерывного фона электронов бета-распада. Наличие фона смог зарегистрировать в 1914 году [[Чедвик, Джеймс|Джеймс Чедвик]]<ref name="ufn33">{{статья | автор= [[Бронштейн, Матвей Петрович|Бронштейн М. П.]] | заглавие= Внутренняя конверсия гамма-лучей. | оригинал=  | ссылка= http://ufn.ru/ru/articles/1933/7/d/ | автор издания=  | издание= [[УФН]] | тип=  | место=  | издательство=  | год= 1933 | выпуск=  | том=  | номер= 7 | страницы=  | isbn=  | archivedate= 2013-09-27 | archiveurl= https://web.archive.org/web/20130927084427/http://ufn.ru/ru/articles/1933/7/d/ }}</ref>.

Практически одновременно с этим [[Резерфорд, Эрнест|Резерфорд]], Робинсон ({{lang-en|H. Robinson}}) и Раулинсон ({{lang-en|W. T. Rowlinson}}) обнаружили, что [[гамма-лучи]], испускаемые при [[Радиоактивный распад|радиоактивном распаде]], способны вырывать из [[Металлы|металлических]] пластинок электроны, обладающие дискретными скоростями. Поэтому Резерфорд высказал предположение о том, что дискретные линии в спектре бета-лучей принадлежат вторичным электронам, вырванным гамма-лучами, испускаемыми ядром, из электронных оболочек атома. Впоследствии это явление получило название ''внутренней конверсии''. Таким образом, непосредственно электронами бета-распада являются электроны непрерывного бета-спектра, что впоследствии было подтверждено работами Эллиса ({{lang-en|C. D. Ellis}}) и Вустера ({{lang-en|W. A. Wooster}})<ref name="ufn33"/>.

== Механизм явления ==
Передача энергии электрону одной из электронных оболочек возможна благодаря тому, что [[Волновая функция|волновые функции]] ядра и нижних атомных оболочек перекрываются (что означает конечную [[вероятность]] нахождения электрона {{math|''s''}}-орбитали в ядре). Процесс передачи энергии можно представить в виде испускания ядром [[гамма-квант]]а (как правило, виртуального) и поглощения этого кванта электроном атомной оболочки, в результате чего электрон покидает атом.

Присутствие в этом механизме виртуального гамма-кванта позволяет объяснить возможность переходов между ядерными состояниями со [[спин]]ами, равными нулю. В таких переходах испускание гамма-квантов абсолютно запрещено и переход ядра происходит либо путём внутренней конверсии (при этом передача энергии электрону осуществляется именно виртуальным гамма-квантом), либо излучением двух гамма-квантов с суммарной энергией, равной энергии ядерного перехода (двухфотонным переходом)<ref name="ФЭ"/>.

Наибольшую вероятность имеет процесс внутренней конверсии электронов K-оболочки ([[Атомная орбиталь|орбиталь]] 1{{math|''s''}}). После испускания электрона в результате внутренней конверсии образовавшаяся вакансия заполняется электроном с более высокой атомной орбитали, в результате чего наблюдается испускание характеристического [[Рентгеновское излучение|рентгеновского излучения]] и/или [[Эффект Оже|оже-электронов]].

== Коэффициент внутренней конверсии ==
Вероятность внутренней конверсии по отношению к вероятности перехода с испусканием гамма-кванта характеризуется полным ''коэффициентом внутренней конверсии'', который определяется в виде отношения интенсивности потока конверсионных электронов к интенсивности гамма-излучения для данного ядерного перехода. Для определения парциальных коэффициентов внутренней конверсии для электронов K-, L-, M-…оболочек в отношении используют интенсивности потока конверсионных электронов данной электронной оболочки<ref name="bse"/><ref name="nuclphys"/>. Таким образом, полный коэффициент внутренней конверсии равен сумме парциальных:
: <math>\alpha = \frac{\mathrm{N_e}}{\mathrm{N_{\gamma}}} = {\alpha}_K + {\alpha}_L + {\alpha}_M + ...</math>
Расчёты коэффициента внутренней конверсии проводятся методами [[Квантовая теория поля|квантовой теории поля]] с учётом экранирования заряда ядра электронами других оболочек атома и конечных размеров ядра. Коэффициент внутренней конверсии изменяется в широких пределах (10<sup>3</sup>—10<sup>−4</sup>) в зависимости от энергии и [[Мультипольность|мультипольности]] ядерного перехода, а также от заряда ядра и от оболочки, на которой происходит внутренняя конверсия. Он тем больше, чем меньше энергия перехода, чем выше его мультипольность и чем больше заряд ядра (в первом приближении ~{{math|''Z''}}<sup><nowiki>3</nowiki></sup>)<ref name="ФЭ"/><ref name="bse"/>. В слабой степени (0,1—1 %) коэффициент внутренней конверсии также зависит и от структуры ядра<ref name="ФЭ"/>.

Сравнение экспериментально измеренных и теоретически рассчитанных коэффициентов внутренней конверсии является одним из основных методов определения мультипольностей переходов и квантовых характеристик ([[спин]]ов и [[Чётность (физика)|чётностей]]) ядерных состояний<ref name="bse"/>.

== Парная конверсия ==
Если энергия ядерного перехода превышает удвоенную [[Эквивалентность массы и энергии|энергию покоя]] электрона ({{nobr|{{math|''E'' > 2''m<sub>e</sub>c<sup>2</sup>''}} {{=}} 1,022 [[Электронвольт|МэВ]]}}), тогда может происходить образование электрон-позитронных пар (так называемая ''парная конверсия''), вероятность которой в отличие от ''внутренней конверсии'' на электронах растёт с ростом энергии ядерного перехода и падает с увеличением его мультипольности. В этом случае спектры кинетической энергии образующихся электронов и позитронов являются непрерывными, однако суммарная [[кинетическая энергия]] электрона и позитрона фиксирована и равна разности энергии ядерного перехода и энергии, затраченной на [[Рождение пар|рождение]] электрон-позитронной пары<ref name="ФЭ"/>.

== Сходные процессы ==
Не следует смешивать понятия ''внутренней конверсии'' и ''[[Фотоэффект|фотоэлектрического эффекта]]'', в результате которого также происходит испускание электронов веществом под воздействием [[Электромагнитное излучение|электромагнитного излучения]]. Их различие состоит в том, что при внутренней конверсии гамма-квант, передающий энергию электрону, является ''виртуальным'' и испускается ядром того атома, в оболочке которого находится электрон.

Образование оже-электронов, которые могут появляться в том числе и после внутренней конверсии, происходит по схожему с внутренней конверсией механизму, когда избыточная энергия (появившаяся в результате перехода электрона с более высокого электронного уровня на нижележащий для заполнения вакансии) передается одному из электронов (см. [[эффект Оже]]). Различие между излучением оже-электронов и внутренней конверсией состоит в том, что в первом случае энергия, уносимая электроном, передаётся ему от возбуждённой электронной оболочки атома, а во втором случае — от возбуждённого ядра.

== См. также ==
* [[Бета-распад]]
* [[Гамма-излучение]]
* [[Электронный захват]]

== Примечания ==
{{примечания}}

== Литература ==
* {{книга|автор= Грошев Л. В., Шапиро И. С.|часть=|заглавие= Спектроскопия атомных ядер|оригинал=|ссылка=| ответственный=|издание=|место=М.|издательство=|год=1952|том=|страницы=|страниц=|серия=|isbn=|тираж=}}
* {{книга|автор=|часть=|заглавие=Гамма-лучи|оригинал=|ссылка=| ответственный=под ред. Л. А. Слив|издание=|место=М. — Л.|издательство=|год=1961|том=|страницы=|страниц=|серия=|isbn=|тираж=}}
* {{книга|автор=|часть=|заглавие=Альфа-, бета- и гамма-спектроскопия|оригинал=|ссылка=| ответственный=под ред. К. Зигбана|издание=|место=М.|издательство=|год=1969|том=|страницы=|страниц=|серия=|isbn=|тираж=}}

[[Категория:Ядерная физика]]

{{спам-ссылки|1=
* bse.sci-lib.com/article063694.html
}}