Conversion interne

La conversion interne est un autre processus électromagnétique qui peut se produire dans le noyau et qui est en concurrence avec l’émission gamma. Parfois, les champs électriques multipolaires du noyau interagissent avec des électrons orbitaux avec suffisamment d’énergie pour les éjecter de l’atome. Ce processus n’est pas la même chose que l’émission d’un rayon gamma qui fait sortir un électron de l’atome. Ce n’est pas non plus la même chose que la désintégration bêta, puisque l’électron émis était auparavant l’un des électrons orbitaux, alors que l’électron en désintégration bêta est produit par la désintégration d’un neutron.

Un exemple utilisé par Krane est celui de 203Hg, qui se désintègre en 203Tl par émission bêta, laissant le 203Tl dans un état excité électromagnétiquement. Il peut passer à l’état fondamental en émettant un rayon gamma de 279,190 keV, ou par conversion interne. Dans ce cas, la conversion interne est plus probable. 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. Le rendement énergétique de cette transition électromagnétique peut être considéré comme 279,190 keV, de sorte que les électrons éjectés auront cette énergie moins leur énergie de liaison dans l’atome fille de 203Tl.

Le diagramme ci-dessus est bien sûr uniquement conceptuel et non à l’échelle puisque le rayon nucléaire du thallium est modélisé comme étant d’environ 0,7×10-14 m et le rayon de l’atome est d’environ 1.76×10-10m, un facteur d’environ 25 000 plus grand! Et bien sûr, les orbites de type planétaire des électrons sont irréalistes car les propriétés d’onde des électrons conduisent à des distributions de charges qui donnent une probabilité finie que l’électron K montré ci-dessus s’étende réellement à l’intérieur du noyau afin que le noyau puisse interagir avec lui et transmettre son excès d’énergie. Un examen de la distribution des électrons pour l’atome le plus simple, l’hydrogène, peut donner la perspective que l’électron a une probabilité faible mais finie de s’étendre dans le noyau. À partir du tableau des énergies de liaison ci-dessous, vous pouvez voir que l’énergie de liaison de l’électron de la coque K est supérieure à 85 000 volts d’électrons par rapport à 13,6 eV pour l’électron hydrogène, soit plus de 6 000 fois plus grande.

Émissions d’électrons de la désintégration de Hg-203 à Tl-203, mesurées par A. H. Wapstra, et al., Physica 20, 169 (1954).

À une résolution encore plus élevée, les trois coquilles L peuvent être résolues. De C. J. Herrlander et R. L. Graham, Nucl. Phys. 58, 544 (1964).

La résolution de la détection d’électrons est suffisamment bonne pour que de tels spectres électroniques de conversion interne puissent être utilisés pour étudier les énergies de liaison des électrons dans les atomes lourds. Dans ce cas, les énergies d’électrons mesurées peuvent être soustraites de l’énergie de transition comme indiqué par l’émission gamma, 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

En plus des informations provenant des électrons de conversion internes sur les énergies de liaison des électrons dans l’atome fille, les intensités relatives de ces électrons internes les pics d’électrons de conversion peuvent donner des informations sur le caractère multipolaire électrique du noyau.