Interne Umwandlung

Interne Umwandlung ist ein weiterer elektromagnetischer Prozess, der im Kern auftreten kann und mit der Gammaemission konkurriert. Manchmal interagieren die mehrpoligen elektrischen Felder des Kerns mit Orbitalelektronen mit genügend Energie, um sie aus dem Atom auszustoßen. Dieser Prozess ist nicht dasselbe wie das Aussenden eines Gammastrahls, der ein Elektron aus dem Atom stößt. Es ist auch nicht dasselbe wie Beta-Zerfall, da das emittierte Elektron zuvor eines der Orbitalelektronen war, während das Elektron im Beta-Zerfall durch den Zerfall eines Neutrons erzeugt wird.

Ein von Krane verwendetes Beispiel ist das von 203Hg, das durch Betaemission zu 203Tl zerfällt und das 203Tl in einem elektromagnetisch angeregten Zustand zurücklässt. Es kann durch Aussenden eines 279.190 keV-Gammastrahls oder durch interne Umwandlung in den Grundzustand übergehen. In diesem Fall ist die interne Konvertierung wahrscheinlicher. Da der interne Umwandlungsprozess mit jedem der Orbitalelektronen wechselwirken kann, Das Ergebnis ist ein Spektrum interner Konversionselektronen, das als dem Elektronenenergiespektrum der Beta-Emission überlagert angesehen wird. Die Energieausbeute dieses elektromagnetischen Übergangs kann mit 279,190 keV angenommen werden, so dass die ausgestoßenen Elektronen diese Energie abzüglich ihrer Bindungsenergie im 203Tl-Tochteratom haben.

Das obige Diagramm ist natürlich nur konzeptionell und nicht maßstabsgetreu, da der Kernradius von Thallium mit etwa 0,7 x 10-14 m modelliert wird und der Radius des Atoms etwa 1 beträgt.76×10-10m, ein Faktor von etwa 25.000 größer! Und natürlich sind die Umlaufbahnen der Elektronen vom Planetentyp unrealistisch, da die Welleneigenschaften der Elektronen zu Ladungsverteilungen führen, die eine endliche Wahrscheinlichkeit ergeben, dass sich das oben gezeigte K-Elektron tatsächlich innerhalb des Kerns erstreckt, so dass der Kern mit ihm interagieren und seine überschüssige Energie abgeben kann. Eine Untersuchung der Elektronenverteilung für das einfachste Atom, Wasserstoff, kann die Perspektive geben, dass das Elektron eine kleine, aber endliche Wahrscheinlichkeit hat, sich in den Kern zu erstrecken. Aus der Tabelle der Bindungsenergien unten können Sie sehen, dass die Bindungsenergie des K-Shell-Elektrons über 85.000 Elektronenvolt im Vergleich zu 13,6 eV für das Wasserstoffelektron oder über 6.000 mal größer ist.

Elektronenemissionen aus dem Zerfall von Hg-203 zu Tl-203, gemessen von A. H. Wapstra, et al., Physica 20, 169 (1954).

Bei noch höherer Auflösung können die drei L-Schalen aufgelöst werden. Von C. J. Herrlander und R. L. Graham, Nucl. Phys. 58, 544 (1964).

Die Auflösung der Elektronendetektion ist gut genug, dass solche internen Umwandlungselektronenspektren verwendet werden können, um die Bindungsenergien der Elektronen in schweren Atomen zu untersuchen. In diesem Fall können die gemessenen Elektronenenergien von der Übergangsenergie subtrahiert werden, wie durch die Gammaemission angegeben, 279,190 keV.

Binding energies for 203Tl K 85.529 keV LI 15.347 keV LII 14.698 keV LIII 12.657 keV M 3.704 keV

Zusätzlich zu Informationen von den internen Konversionselektronen über die Bindungsenergien der Elektronen im Tochteratom können die relativen Intensitäten dieser internen Konversionselektronenpeaks Informationen über die der elektrische Mehrpolcharakter des Kerns.