Qu’est-ce que la conversion interne – Définition

La conversion interne est un processus électromagnétique, par lequel un état nucléaire excité se désintègre par l’émission directe de l’un de ses électrons atomiques. La conversion interne est en concurrence avec l’émission gamma. Dosimétrie des rayonnements

Conversion interne

Conversion interne - ICE plus Auger
Conversion interne suivie d’une émission d’électrons Auger.

La conversion interne est un processus électromagnétique, par lequel un état nucléaire excité se désintègre par l’ émission directe de l’un de ses électrons atomiques . La conversion interne entre en compétition avec l’émission gamma , mais dans ce cas, les champs électromagnétiques multipolaires du noyau n’entraînent pas l’émission d’un rayon gamma, mais les champs interagissent directement avec les électrons atomiques. Contrairement à la désintégration bêta , qui est régie par une force faible , l’ électron est émis par l’atome radioactif, mais pas par le noyau. Pour cette raison, la conversion interne est possible chaque fois que la désintégration gamma est possible, sauf dans le cas où l’atome est entièrement ionisé.

Notez que les électrons de haute énergie résultant de la conversion interne ne sont pas appelés particules bêta, car ces dernières proviennent de la désintégration bêta, où elles sont nouvellement créées dans le processus de désintégration nucléaire.

Comme on peut le voir, si un noyau se désintègre par conversion interne , les nombres atomiques et de masse du noyau fille restent les mêmes, mais le noyau fille formera un état énergétique différent du même élément. Ceci est très similaire à la désintégration gamma, mais dans ce cas, il n’y a pas de rayon gamma émis par un noyau excité.

Étant donné que le processus laisse une vacance dans le niveau d’énergie électronique d’où provient l’électron, les électrons externes de l’atome descendent pour remplir les niveaux atomiques inférieurs, et un ou plusieurs rayons X caractéristiques sont généralement émis. Parfois, les rayons X peuvent interagir avec un autre électron orbital, qui peut être éjecté de l’atome. Ce deuxième électron éjecté est appelé électron Auger . C’est très similaire à la capture d’électrons , mais en cas de capture d’électrons, un noyau change de numéro atomique. En conséquence, l’atome émet ainsi un électron primaire de haute énergie, des rayons X caractéristiques ou un électron Auger secondaire, dont aucun ne provient de ce noyau.

Théorie de la conversion interne

Dans le modèle mécanique quantique de l’électron, il y a une probabilité finie de trouver l’électron dans le noyau. Pendant le processus de conversion interne, la fonction d’onde de l’électron de la coque K (électron de la coque interne) devrait pénétrer le volume du noyau atomique. À noter que les rayons nucléaires typiques sont de l’ordre de 10 à 14 m. Dans ce cas, l’électron peut se coupler à un noyau excité et prendre directement l’énergie de la transition nucléaire, sans rayon gamma intermédiaire . Par conséquent, la plupart des électrons de conversion internes(ICE) proviennent de la coque K, car ces électrons ont la plus forte probabilité d’être dans le noyau. Cependant, les états s dans les obus L, M et N peuvent également se coupler aux champs nucléaires et provoquer des éjections de glace de ces obus.

L’énergie de l’électron de conversion interne (ICE) est l’énergie de transition , transition E , moins l’énergie de liaison de l’électron orbital, E b.e. , comme:

Par exemple, 203 Hg est un nucléide radioactif bêta, qui produit un spectre bêta continu avec une énergie maximale de 214 keV. Cette décroissance produit un état excité du noyau fille 203 Tl, qui se désintègre ensuite très rapidement (~ 10 -10 s) jusqu’à son état fondamental en émettant un rayon gamma d’énergie de 279,2 keV ou un électron de conversion interne . Si nous analysons un spectre de particules bêta, nous pouvons voir le spectre continu typique de particules bêta ainsi que des pics étroits à des énergies spécifiques . Ces pics sont produits par des électrons de conversion interne (ICE). Depuis l’ énergie de liaison des électrons K en 203Tl s’élève à 85,5 keV, la ligne K a une énergie de:

e (K) = 279,2 – 85,5 = 194 keV

En raison des énergies de liaison moindres, les lignes L et M ont des énergies plus élevées. Étant donné que le processus de conversion interne peut interagir avec n’importe lequel des électrons orbitaux, le résultat est un spectre d’électrons de conversion interne qui sera vu comme superposé au spectre d’énergie électronique de l’émission bêta. Ces intensités relatives de ces pics ICE peuvent donner des informations sur le caractère électrique multipolaire du noyau et sur le processus de désintégration.

Référence spéciale: Kenneth S. Krane. Introduction à la physique nucléaire, 3e édition, Wiley, 1987, ISBN 978-0471805533

Electrons de conversion interne - spectre

 Coefficient de conversion interne

Le coefficient de conversion interne (ICC), α , caractérise la compétition entre la conversion interne et l’émission de rayons gamma. Dans certains cas, la conversion interne est préférée à la décroissance gamma. Dans d’autres, cela peut être complètement négligeable. Le coefficient de conversion interne est défini comme le rapport du nombre de désintégrations de conversion interne au nombre de désintégrations gamma. Cet ICC est défini pour chaque enveloppe d’électrons (c’est-à-dire les enveloppes K, L et M, etc.), de sorte que le rapport total, α total , est la somme des ICC pour chaque enveloppe comme:

α total = α K + α L + α M = nombre de CI / nombre de désintégrations gamma

Par exemple, dans la désintégration de l’état excité à 35 keV de 125 Te (qui est produit par la désintégration de 125I), 7% des désintégrations émettent des rayons gamma, tandis que 93% émettent une conversion d’électrons. Par conséquent, un coefficient de conversion interne de cet état excité ( 125 Te) est ICC = 93/7 = 13,3.

En utilisant le calculateur de coefficient de conversion interne bande-Raman, les ICC peuvent être calculés en utilisant les principes de la physique atomique car il dépend principalement de la densité des électrons atomiques au centre du noyau. Pour augmenter le nombre atomique (Z) et diminuer l’énergie des rayons gamma, les coefficients de conversion internes augmentent.

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