O que é conversão interna – definição

Conversão Interna

A conversão interna é um processo eletromagnético, pelo qual um estado nuclear excitado decai pela emissão direta de um de seus elétrons atômicos . A conversão interna compete com a emissão gama , mas, neste caso, os campos multipolares eletromagnéticos do núcleo não resultam na emissão de um raio gama; em vez disso, os campos interagem diretamente com os elétrons atômicos. Ao contrário do decaimento beta , que é governado por uma força fraca , o elétron é emitido pelo átomo radioativo, mas não pelo núcleo. Por esse motivo, a conversão interna é possível sempre que o decaimento gama é possível, exceto no caso em que o átomo está totalmente ionizado.

Observe que os elétrons de alta energia resultantes da conversão interna não são chamados de partículas beta, uma vez que estes últimos provêm do decaimento beta, onde são criados recentemente no processo de decaimento nuclear.

Como pode ser visto, se um núcleo decai por conversão interna , os números atômicos e de massa do núcleo filha permanecem os mesmos, mas o núcleo filha formará diferentes estados de energia do mesmo elemento. Isso é muito semelhante ao decaimento gama, mas, neste caso, não há raios gama emitidos por um núcleo excitado.

Como o processo deixa uma vaga no nível de energia do elétron do qual o elétron veio, os elétrons externos do átomo caem em cascata para preencher os níveis atômicos mais baixos, e geralmente são emitidos um ou mais raios-X característicos . Às vezes, os raios X podem interagir com outro elétron orbital, que pode ser ejetado do átomo. Este segundo elétron ejetado é chamado de elétron Auger . Isso é muito semelhante à captura de elétrons , mas no caso de captura de elétrons, um núcleo altera seu número atômico. Como resultado, o átomo emite, assim, elétrons primários de alta energia, raios X característicos ou elétrons Auger secundários, nenhum dos quais se origina nesse núcleo.

Teoria da conversão interna

No modelo mecânico quântico do elétron, há uma probabilidade finita de encontrar o elétron dentro do núcleo. Durante o processo de conversão interna, diz-se que a função de onda do elétron do invólucro K (elétron do invólucro interno) penetra no volume do núcleo atômico. Observe que raios nucleares típicos são da ordem de 10 a ¹⁴ m. Nesse caso, o elétron pode acoplar-se a um núcleo excitado e absorver diretamente a energia da transição nuclear, sem um raio gama intermediário . Portanto, a maioria dos elétrons de conversão internos(ICE) provêm da camada K, pois esses elétrons têm a maior probabilidade de estar dentro do núcleo. No entanto, os estados s nos reservatórios L, M e N também são capazes de acoplar aos campos nucleares e causar ejeção de ICE desses reservatórios.

A energia interna do elétron de conversão (ICE) é a energia de _transição , _transição E , menos a energia de ligação do elétron orbital, E _b.e. , Como:

Por exemplo, ²⁰³ Hg é um nuclídeo beta radioativo, que produz um espectro beta contínuo com energia máxima de 214 keV. Esse decaimento produz um estado excitado do núcleo filha ²⁰³ Tl, que decai muito rapidamente (~ ^10-10 s) para o seu estado fundamental, emitindo um raio gama de energia 279,2 keV ou um elétron de conversão interno . Se analisarmos um espectro de partículas beta, podemos ver o espectro contínuo típico de partículas beta, bem como picos estreitos em energias específicas . Esses picos são produzidos por elétrons de conversão interna (ICE). Desde a energia de ligação dos elétrons K em ²⁰³Tl atinge 85,5 keV, a linha K tem uma energia de:

T _e (K) = 279,2 – 85,5 = 194 keV

Devido às energias de ligação menores, as linhas L e M têm energias mais altas. Como o processo de conversão interna pode interagir com qualquer um dos elétrons orbitais, o resultado é um espectro de elétrons de conversão interna que será visto como sobreposto ao espectro de energia eletrônica da emissão beta. Essas intensidades relativas desses picos de ICE podem fornecer informações sobre o caráter multipolar elétrico do núcleo e sobre o processo de decaimento.

Referência especial: Kenneth S. Krane. Física Nuclear Introdutória, 3a Edição, Wiley, 1987, ISBN 978-0471805533

 Coeficiente de conversão interna

O coeficiente de conversão interna (ICC), α , caracteriza a competição entre conversão interna e emissão de raios gama. Em alguns casos, a conversão interna é preferida à deterioração gama. Em outros, pode ser completamente insignificante. O coeficiente de conversão interno é definido como a razão entre o número de decaimentos de conversão internos e o número de decaimentos gama. Essa CCI é definida para cada invólucro de elétrons (ou seja, os invólucros K, L e M, etc), de modo que a razão total, α _total , seja a soma dos ICCs para cada invólucro como:

α _total = α _K + α _L + α _M = número de CI / número de decaimentos gama

Por exemplo, no decaimento do estado excitado a 35 keV de ¹²⁵ Te (produzido pelo decaimento de 125I), 7% dos decaimentos emitem raios gama, enquanto 93% emitem elétrons de conversão. Portanto, um coeficiente de conversão interno desse estado excitado ( ¹²⁵ Te) é ICC = 93/7 = 13,3.

Usando a calculadora do Coeficiente de Conversão Interna Band-Raman, os ICCs podem ser calculados usando princípios da física atômica, uma vez que depende principalmente da densidade dos elétrons atômicos no centro do núcleo. Para aumentar o número atômico (Z) e diminuir a energia dos raios gama, observa-se um aumento dos coeficientes de conversão internos.