Konwersja wewnętrzna

Z Wikipedii, wolnej encyklopedii
Skocz do: nawigacji, wyszukiwania
Procesy jądrowe
Procesy rozpadu jądrowego

Procesy syntezy jądrowej

Konwersja wewnętrzna jest procesem jądrowym, w którym energia wzbudzenia jądra atomowego zostaje przekazana bezpośrednio jednemu z elektronów orbitalnych atomu. Następuje tym samym emisja (wyrzucenie) elektronu przez atom. Proces ten jest konkurencyjnym dla emisji promieniowania gamma i zachodzi głównie w atomach o dużych liczbach atomowych, przy stosunkowo małych energiach wzbudzenia jąder, rzędu (10-100) keV.

Podobne procesy[edytuj | edytuj kod]

Z uwagi na emisję elektronu do procesu konwersji wewnętrznej podobne są:

  • rozpad beta minus – podczas niego dochodzi do przemiany pierwiastka na inny (liczba atomowa jądra zwiększa się o 1), emitowany jest elektron i antyneutrino elektronowe, przez co energia rozpadu dzieli się losowo między te cząstki i jądro atomowe. Tym samym widmo elektronów z rozpadu beta minus jest ciągłe (energie od zerowej do maksymalnej). Konwersja wewnętrzna nie zmienia liczby atomowej jądra a elektrony konwersji mają ściśle określone energie, nie jest emitowane antyneutrino elektronowe;
  • efekt fotoelektryczny wywołany przez foton gamma wysłany przez jądro atomowe (następuje wybicie elektronu z energią kinetyczną równą różnicy energii fotonu i energii wiązania elektronu na orbicie). Energia fotoelektronu jest przez to ściśle określona, tak jak dla elektronu konwersji. W obu przypadkach liczba atomowa jądra nie ulega zmianie. Różnica polega na tym, że konwersja wewnętrzna następuje bez udziału fotonu, energia wzbudzenia jądra zostaje przekazana bezpośrednio elektronowi.

Mechanizm[edytuj | edytuj kod]

Z kwantowo-mechanicznego opisu atomu wynika, że elektrony orbitalne posiadają pewne skończone prawdopodobieństwo znalezienia się w obszarze zajmowanym przez jądro atomowe. Dzięki temu elektron może przejąć energię wzbudzenia jądra atomowego bezpośrednio, tj. bez uczestnictwa fotonu gamma unoszącego energię wzbudzenia i przekazującego ją temu elektronowi. Z reguły większość elektronów konwersji pochodzi z powłoki K, gdyż elektrony na niej posiadają największe prawdopodobieństwo znalezienia ich w obszarze jądra. Energia kinetyczna emitowanego elektronu jest równa różnicy energii wzbudzenia jądra i energii wiązania tego elektronu w atomie.

Współczynnik konwersji wewnętrznej[edytuj | edytuj kod]

Prawdopodobieństwo wystąpienia zjawiska konwersji wewnętrznej na określonym poziomie elektronowym (np. powłoce K) wyraża się za pomocą współczynnika konwersji wewnętrznej \alpha_K. W związku z tym, że proces ten jest procesem konkurującym z emisją promieniowania gamma przez wzbudzone jądro atomowe, definiuje się go jako stosunek liczby elektronów konwersji N_e (przykładowo z poziomu K) emitowanych w określonym przedziale czasu do liczby fotonów gamma N_\gamma wyemitowanych w tym samym czasie:

\alpha_K=\frac{N_e}{N_\gamma}

Następstwa procesu[edytuj | edytuj kod]

Po emisji elektronu konwersji na danej powłoce elektronowej pozostaje dziura (brak elektronu, atom jest wzbudzony). Zostaje ona zapełniona przez elektron z dalszej powłoki, przy czym atom emituje wówczas foton charakterystycznego promieniowania rentgenowskiego. Odwzbudzanie odbywa się poprzez kaskadę takich przeskoków z emisją fotonów X lub elektronów Augera.

Pochodzenie nazwy[edytuj | edytuj kod]

Historycznie nazwa procesu konwersji wewnętrznej pochodzi od hipotez tłumaczących emisję elektronów tym, że foton gamma oddaje elektronowi orbitalnemu swą energię. Obecnie wiadomo, że energia wzbudzenia jądra przekazywana jest elektronowi bezpośrednio[1].

Przypisy

  1. Encyklopedia techniki. Energia jądrowa, WNT, Warszawa 1970