当前课程知识点:核辐射物理及探测学 > 第三章 原子核的衰变 > 3.4 γ跃迁 > 3.4.5 内转换
下面我们来看一看内转换过程
什么叫内转换呢
是说一个原子核它处于激发态
激发态的能量呢
没有办法或者很难通过
发射γ光子的方式来消耗掉
此时它想了另外一种办法
就是把能量交给核外电子
使电子从原子核中电离
这种现象我们称之为
内转换(Internal Conversion)
这个根本原因就是
原子核它不是一个点粒子
原子核外的电子的波函数
是可以进入原子核的
因此原子核的电磁场
和壳层电子的电磁场
可以发生相互作用
进而使得原子核也可以把能量
交给核外电子的
使得电子获得能量飞离原子
成为一个自由电子
在内转换过程中
是不产生γ射线的
我们现在看到这个图
这个图是Hg-203
衰变成Tl-203的时候
我们所看到的电子能谱
这里边连续的这个分布就是
Hg-203发生β衰变
变成Tl-203的时候的
β电子能谱
在这个能谱基础上
我们看到一些分立的谱线 K L
这就是所谓的内转换电子
由于内转换电子它是壳层电子
而壳层电子可以是K层 可以是L层
所以我们这可以看到K层电子
L层电子M层电子
内转换电子也就分为
K转换 L转换 M转换等等
内转换电子
我们观测到它的动能是多少呢
这等于什么呢
内转换电子动能等于
母核的能量能级高度
和子核能级高度这个能级差
再扣除这个内转换电子的束缚能
这就是内转换电子
作为一个自由电子
被我们观测到的时候
它的动能大小
注意Ei和Ef
是γ射线的能量
γ射线能量再扣掉一部分
才是内转换电子能量
因此内转换电子动能通常是小于
γ射线的能量
内转换的过程
和发射γ光子过程是
原子核从高能态变成低能态
这个过程的两种可能
这两种可能是竞争关系
这个竞争关系
我们可以用一个内转换系数
来描述
α等于什么呢
=λe/λγ
λe就是发射内转换电子的
衰变常数
λγ就是发射γ射线的衰变常数
也等于ne/nγ
就是单位时间内
我们看到的内转换电子数量
或者下面的
我们看到的γ光子的数量
一个原子核处于激发态的时候
它可以通过发射光子的方式退激
也可以通过发射
内转换电子的方式退激
因此这两个λ之和
才是一个原子核
处于激发态的时候的
总的衰变常数
由于α是λe/λγ
因此总的λ实际上就等于
λγ(1+α)
就是总的衰变常数等于
发射γ射线的衰变常数
乘上1加上内转换系数
由于内转换是对应壳层的
所以α也可以对于K壳层的
L壳层和M壳层的
总的内转换系数是各个α之和
是什么因素影响了
内转换系数的大小呢
影响内转换系数大小的
有这样几个因素
第一个 原子系数
第二个 衰变能
第三个 γ跃迁
发射γ射线的过程
是磁过程还是电过程
以及要求γ光子
带走的角动量L的大小
我们可以看看这两个图
左边看到的是
电多极跃迁所对应的内转换系数
向右看我们知道是能量增大的过程
能量增大内转换系数在下降的
这说明能量增大
内转换过程的竞争力在下降
这是第一
第二 向上看
这是Z=20 Z=50 Z=90
我们发现原子系数越高
内转换系数越大
这就意味着原子系数越高
内转换电子这个过程
就变得越来越重要
这是第二点
第三我们再看同一个Z
这是E1 E2 E3 E4 E5
那就是随着1 2 3 4 5
光子要带走的角动量的数量呢
越来越多
发射光子的难度
也就越来越大了
因此内转换系数
内转换过程的重要性
内转换系数的值
也就变得越来越大
这就是这里边
L的这个事情
所以从这个图我们可以看到
能量增大是有助于
内转换系数减小的
Z增大和L增大
则是有助于内转换系数增大
这个图是电多极跃迁的内转换系数
我们再看一看磁多极的内转换系数
从Z从E从L的
这3个参数的关系而言
磁多极跃迁
和电多极跃迁是一样的
同样随着能量增大
内转换系数会减小
同样随着Z的增大
内转换系数会变大
也同样
光子带走的角动量数量变大
内转换系数会变大
横向比较这两个图
在同样的情况下
Z=90
光子带走5个角动量的时候
我们发现
磁跃迁的内转换系数
是要大于电多极跃迁的
内转换系数的
这背后的原因当然就是
磁跃迁比电跃迁要更难发生
因此内转换过程
显得就更加重要
内转换系数就显得更加大
内转换系数有规律
我们可以减缩为这样
首先内转换过程
会随着原子系数Z的
增大而增大
并且随着Z的3次增大
这是第一
随着衰变能的增加而迅速降低
内转换系数会迅速降低
第三
随着光子带走的角动量的多少
就跃迁级次的升高而迅速增大
这是第三点
第四
随着外部壳层的变化而变化
内层电子
更容易发生内转换过程
而外层电子就更难发生
这里边n指代的就是壳层
n等于1就是K壳层
n等于2就是L壳层
因此K壳层相对于L壳层
就更容易发生
越往外越难发生
下边这个式子给出来了
K壳层的电多极跃迁
或者磁多极跃迁的时候
内转换系数的一个计算公式
大家可以参考一下
现在我们来回顾一下
γ衰变有哪些特点呢
γ衰变有两种形式
一种是母核转变为子核
和γ光子这种形式
一种是母核转变为子核
和内转换电子这种形式
这两种形式之间
是互为竞争关系的
那么也就是说一个原子核
既可以发生
发射光子这种衰变
也可以发生 发出
内转换电子这种衰变
由于产物都是两个
因此反应能的分配关系
是确定的
γ光子和内转换电子的能量取值
也就都是单立值
但是由于内转换电子
在被产生的时候
需要克服原子的结合能
因此内转换电子的动能
将会小于所对应γ光子的能量
那么影响γ衰变快慢的主要因素
是什么呢
决定γ衰变快慢的主要因素
是γ光子带走的角动量
γ光子带走的角动量越大
则发生的越迁级次就越高
衰变的速度就越慢
所以可以说
光子带走角动量越小
衰变速度就越快
但是要切记一点
γ光子所带走的角动量
最小为1 不可能是零
此外衰变能越大
γ衰变速度也会越快
如果一个γ衰变
γ衰变能不大
却同时要求γ光子
带走的角动量较大
那么这时候
发射γ光子
速度就会比较慢
就是γ衰变的速度比较慢
那么甚至有可能慢到
我们前述所谓的
同质异能跃迁了
此时内转换过程的
相对重要性
也就会增加了
这就是内转换过程
-1.1 基础知识、常量与单位
-1.2 原子核的构成、表示方法与相关术语
-1.3 原子核的大小与稳定性规律
-1.4 原子核的结合能
-1.5 原子核的自旋
-1.6 原子核的磁矩与电矩
-1.7 原子核的统计性质、宇称与能态
-课后作业--作业
-2.1 放射性衰变的基本规律
-2.2 递次衰变规律
-2.3 放射系
-2.4 放射规律的一些应用
-课后作业--作业
-3.1 原子核的衰变方式
-3.2 α衰变
-3.3 β衰变
-3.4 γ跃迁
-课后作业--作业
-4.1 核反应的概况
-4.2 核反应能和Q方程
-4.3 核反应截面和产额
-4.4 反应机制及核反应模型
-课后作业--作业
-6.1 辐射与物质相互作用概述
-6.2 重带电粒子与物质的相互作用
-6.3 快电子与物质的相互作用
-6.4 γ射线与物质的相互作用
-课后作业--作业
-7.1 统计学的基础知识
-7.2 放射性测量的统计误差
-7.3 电离过程的涨落与法诺分布
-7.4 粒子束脉冲的总电离电荷量的涨落
-7.5 时间间隔的统计分布
-课后作业--作业
-8.1 气体中离子与电子的运动规律
-8.2 电离室
--8.2.3 脉冲电离室的主要性能指标第一部分:能量分辨率
--8.2.4 脉冲电离室的主要性能指标第二部分:饱和特性、坪特性等
-8.3 正比计数器
-8.4 G-M计数管
-8.5 气体探测器小结
-课后作业--作业
-9.1 闪烁体
-9.2 光电倍增管
-9.3 闪烁探测器
-9.4 单晶闪烁谱仪
-课后作业--作业
-10.1 半导体与半导体探测器
-10.2 PN结半导体探测器
-10.3 锂漂移和高纯锗半导体探测器
-10.4 其他半导体探测器
-课后作业--作业
-12.1 活度测量方法
-12.2 符合测量法
-12.3 γ能谱解析
-课后作业--作业
-13.1 中子的基本特性与分类
-13.2 中子源
-13.3 中子与物质的相互作用
-13.4 中子探测的特点与探测方法分类
-13.5 常用的中子探测器
-课后作业--作业