Was ist interne Konvertierung – Definition

Interne Umwandlung ist ein elektromagnetischer Prozess, bei dem ein angeregter Kernzustand durch die direkte Emission eines seiner Atomelektronen zerfällt. Die interne Umwandlung konkurriert mit der Gamma-Emission. Strahlendosimetrie

Interne Konvertierung

Interne Konvertierung - ICE plus Auger
Interne Umwandlung gefolgt von Auger-Elektronenemission.

Interne Umwandlung ist ein elektromagnetischer Prozess, bei dem ein angeregter Kernzustand durch die direkte Emission eines seiner Atomelektronen zerfällt . Interne Konversion konkurriert mit Gamma-Emission , aber in diesem Fall führen die elektromagnetischen Multipolfelder des Kerns nicht zur Emission eines Gammastrahls, sondern die Felder interagieren direkt mit Atomelektronen. Im Gegensatz zum Beta-Zerfall , der von einer schwachen Kraft gesteuert wird , wird das Elektron vom radioaktiven Atom emittiert, nicht aber vom Kern. Aus diesem Grund interne Konvertierung ist immer dann möglich, wenn Gamma-Zerfall möglich ist, außer wenn das Atom vollständig ionisiert ist.

Es ist zu beachten, dass die energiereichen Elektronen, die aus der internen Umwandlung resultieren, nicht als Betateilchen bezeichnet werden, da letztere aus dem Betazerfall stammen, wo sie im nuklearen Zerfallsprozess neu erzeugt werden.

Wie man sehen kann, wenn ein Kern Zerfälle über interne Konversion , Atom- und Massenzahlen von Tochterkern gleich bleiben, aber Tochterkern unterschiedlichen Energiezustand des gleichen Elements bilden. Dies ist dem Gammazerfall sehr ähnlich, in diesem Fall wird jedoch kein Gammastrahl von einem angeregten Kern emittiert.

Da der Prozess eine Lücke in dem Elektronenenergieniveau hinterlässt, aus dem das Elektron stammt, kaskadieren die äußeren Elektronen des Atoms nach unten , um die unteren Atomniveaus zu füllen, und es werden gewöhnlich eine oder mehrere charakteristische Röntgenstrahlen emittiert. Manchmal kann Röntgenstrahlung mit einem anderen Orbitalelektronen interagieren, das aus dem Atom ausgestoßen wird. Dieses zweite ausgestoßene Elektron wird Auger-Elektron genannt . Dies ist der Elektroneneinfangung sehr ähnlich , aber im Falle der Elektroneneinfangung ändert ein Kern seine Ordnungszahl. Infolgedessen emittiert das Atom primäres hochenergetisches Elektron, charakteristische Röntgenstrahlen oder sekundäres Auger-Elektron, von denen keines aus diesem Kern stammt.

Theorie der internen Umwandlung

Im quantenmechanischen Modell des Elektrons gibt es eine endliche Wahrscheinlichkeit , das Elektron im Kern zu finden. Während des internen Umwandlungsprozesses soll die Wellenfunktion des K-Schalen-Elektrons (des inneren Schalen-Elektrons) das Volumen des Atomkerns durchdringen. Es ist zu beachten, dass typische Kernradien in der Größenordnung von 10 bis 14 m liegen. In diesem Fall kann das Elektron an einen angeregten Kern koppeln und die Energie des Kernübergangs direkt ohne einen dazwischenliegenden Gammastrahl aufnehmen . Daher sind die meisten internen Konversionselektronen(ICE) stammen aus der K-Schale, da diese Elektronen die höchste Wahrscheinlichkeit haben, sich im Kern zu befinden. Die s-Zustände in den L-, M- und N-Schalen sind jedoch auch in der Lage, sich mit den Kernfeldern zu koppeln und ICE-Auswürfe aus diesen Schalen zu verursachen.

Die Energie der internen Konversionselektronen (ICE) ist die Übergangsenergie E- Übergang abzüglich der Bindungsenergie des Umlaufelektronen E b.e. , wie:

Beispielsweise ist 203 Hg ein beta-radioaktives Nuklid, das ein kontinuierliches Beta-Spektrum mit einer maximalen Energie von 214 keV erzeugt. Dieser Zerfall erzeugt einen angeregten Zustand des Tochterkerns 203 Tl, der dann sehr schnell (~ 10 –10 s) in seinen Grundzustand zerfällt und einen Gammastrahl mit einer Energie von 279,2 keV oder ein internes Konversionselektronen emittiert . Wenn wir ein Spektrum von Betateilchen analysieren, können wir das typische kontinuierliche Spektrum von Betateilchen sowie enge Peaks bei bestimmten Energien erkennen . Diese Peaks werden durch interne Konversionselektronen (ICE) erzeugt. Da die Bindungsenergie der K-Elektronen in 203Tl beträgt 85,5 keV, die K-Leitung hat eine Energie von:

e (K) = 279,2 bis 85,5 = 194 keV

Aufgrund geringerer Bindungsenergien haben die L- und M-Linien höhere Energien. Da der interne Umwandlungsprozess mit jedem der Orbitalelektronen interagieren kann, ist das Ergebnis ein Spektrum von internen Umwandlungselektronen, das dem Elektronenenergiespektrum der Beta-Emission überlagert ist. Diese relativen Intensitäten dieser ICE-Peaks können Aufschluss über den elektrischen Multipolcharakter des Kerns und über den Zerfallsprozess geben.

Besondere Referenz: Kenneth S. Krane. Introductory Nuclear Physics, 3. Auflage, Wiley, 1987, ISBN 978-0471805533

Interne Umwandlungselektronen - Spektrum

 Interner Umwandlungskoeffizient

Der interne Umwandlungskoeffizient (ICC) α charakterisiert die Konkurrenz zwischen interner Umwandlung und Gammastrahlenemission. In einigen Fällen wird die interne Umwandlung dem Gamma-Zerfall vorgezogen. In anderen Fällen kann es völlig vernachlässigbar sein. Der interne Umwandlungskoeffizient ist definiert als das Verhältnis der Anzahl der internen Umwandlungsabfälle zur Anzahl der Gammaabfälle. Dieser ICC ist für jede Elektronenhülle (dh die K-, L- und M-Schalen usw.) so definiert, dass das Gesamtverhältnis α total die Summe der ICCs für jede Schale ist als:

α gesamt = α K + α L + α M = Anzahl der IC / Anzahl der Gamma-Zerfälle

Beispielsweise emittieren beim Zerfall des angeregten Zustands bei 35 keV von 125 Te (der durch den Zerfall von 125 I erzeugt wird) 7% der Zerfälle Gammastrahlen, während 93% Umwandlungselektronen emittieren. Daher beträgt ein interner Umwandlungskoeffizient dieses angeregten Zustands ( 125 Te) ICC = 93/7 = 13,3.

Mit dem Band-Raman-Rechner für den internen Umwandlungskoeffizienten können die ICCs nach Prinzipien der Atomphysik berechnet werden, da sie hauptsächlich von der Dichte der Atomelektronen im Zentrum des Kerns abhängen. Bei zunehmender Ordnungszahl (Z) und abnehmender Gammastrahlenenergie wird beobachtet, dass die internen Umwandlungskoeffizienten zunehmen.

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