Conversione interna

La conversione interna è un altro processo elettromagnetico che può verificarsi nel nucleo e che compete con l’emissione gamma. A volte i campi elettrici multipolari del nucleo interagiscono con gli elettroni orbitali con energia sufficiente per espellerli dall’atomo. Questo processo non è lo stesso di emettere un raggio gamma che colpisce un elettrone dall’atomo. Inoltre, non è lo stesso del decadimento beta, poiché l’elettrone emesso era precedentemente uno degli elettroni orbitali, mentre l’elettrone nel decadimento beta è prodotto dal decadimento di un neutrone.

Un esempio usato da Krane è quello di 203Hg, che decade a 203Tl per emissione beta, lasciando il 203Tl in uno stato eccitato elettromagneticamente. Può procedere allo stato fondamentale emettendo un raggio gamma 279.190 keV o mediante conversione interna. In questo caso la conversione interna è più probabile. Poiché il processo di conversione interno può interagire con uno qualsiasi degli elettroni orbitali, il risultato è uno spettro di elettroni di conversione interni che sarà visto come sovrapposto allo spettro di energia degli elettroni dell’emissione beta. La resa energetica di questa transizione elettromagnetica può essere presa come 279.190 keV, quindi gli elettroni espulsi avranno quell’energia meno la loro energia di legame nell’atomo figlia 203Tl.

Il diagramma sopra è ovviamente solo concettuale e non in scala poiché il raggio nucleare del tallio è modellato per essere di circa 0, 7×10-14 m e il raggio dell’atomo è di circa 1.76×10-10m, un fattore di circa 25.000 più grande! E naturalmente le orbite di tipo planetario degli elettroni non sono realistiche poiché le proprietà ondulatorie degli elettroni portano a distribuzioni di carica che danno una probabilità finita che l’elettrone K mostrato sopra si estenda effettivamente all’interno del nucleo in modo che il nucleo possa interagire con esso e consegnare la sua energia in eccesso. Un esame della distribuzione degli elettroni per l’atomo più semplice, l’idrogeno, può dare la prospettiva che l’elettrone abbia una piccola ma finita probabilità di estendersi nel nucleo. Dalla tabella delle energie di legame qui sotto, puoi vedere che l’energia di legame dell’elettrone K-shell è superiore a 85.000 elettronvolt rispetto a 13,6 eV per l’elettrone idrogeno, o oltre 6.000 volte più grande.

Emissioni di elettroni dal decadimento Hg-203 a Tl-203, misurate da A. H. Wapstra, et al., Physica 20, 169 (1954).

A una risoluzione ancora più elevata, le tre shell L possono essere risolte. Da C. J. Herrlander e R. L. Graham, NUCL. Phys. 58, 544 (1964).

La risoluzione del rilevamento di elettroni è abbastanza buona che tali spettri di elettroni di conversione interna possono essere utilizzati per studiare le energie di legame degli elettroni in atomi pesanti. In questo caso, le energie di elettroni misurate possono essere sottratte dall’energia di transizione come indicato dall’emissione 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

oltre a informazioni interne di conversione elettroni sulle energie di legame degli elettroni nella figlia atom, le intensità relative di queste conversione interna di elettroni picchi in grado di dare informazioni circa la multipolare carattere di nucleo.