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

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3.4.5 内转换在线视频

3.4.5 内转换

下一节:4.1.1 原子核反应相关概念

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3.4.5 内转换课程教案、知识点、字幕

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

核辐射物理及探测学课程列表：

第一章原子核的基本性质

-1.1 基础知识、常量与单位

--1.1.1 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

--1.2.1 原子核的构成

--1.2.2 原子核的表示方法

--1.2.3 一些原子核相关的术语

-1.3 原子核的大小与稳定性规律

--1.3.1 原子核的大小

--1.3.2 核力的基本特性

--1.3.3 β稳定曲线及原子核的稳定性规律

--1.3.4 核势垒

-1.4 原子核的结合能

--1.4.1 质量亏损与质量过剩

--1.4.2 原子核的结合能与比结合能

--1.4.3 液滴模型

-1.5 原子核的自旋

--1.5.1 原子核的自旋

-1.6 原子核的磁矩与电矩

--1.6.1 原子核的磁矩

--1.6.2 原子核的电矩

-1.7 原子核的统计性质、宇称与能态

--1.7.1 原子核的统计性质

--1.7.2 原子核的宇称

--1.7.3 原子核的能态

-课后作业--作业

第二章原子核的放射性

-2.1 放射性衰变的基本规律

--2.1.1放射性的发现

--2.1.2原子核的放射性

--2.1.3衰变纲图

--2.1.4放射性衰变的基本规律

--2.1.5描述放射性的特征量

--2.1.6 放射性活度、比活度、射线强度

-2.2 递次衰变规律

--2.2.1 递次衰变规律

--2.2.2 放射性平衡与逐代衰变

-2.3 放射系

--2.3.1 放射系

-2.4 放射规律的一些应用

--2.4.1 放射源活度修正和源性质分析

--2.4.2 放射源制备时间与放射源活度确定

--2.4.3 碳-14断代年代法

--2.4.4 地质放射性鉴年法

--2.4.5 短寿命核素发生器

-课后作业--作业

第三章原子核的衰变

-3.1 原子核的衰变方式

--3.1.1 原子核的衰变方式

-3.2 α衰变

--3.2.1 α衰变的形式

--3.2.2 α衰变的特点

--3.2.3 α衰变的衰变能

--3.2.4 α衰变与核能级图

--3.2.5 α衰变的衰变常数

-3.3 β衰变

--3.3.1 什么是β衰变？

--3.3.2 中微子假说

--3.3.3 中微子的性质

--3.3.4 β-衰变

--3.3.5 β+衰变

--3.3.6 轨道电子俘获

--3.3.7 β衰变三种类型小结

--3.3.8 β衰变的费米理论与选择定则

--3.3.9 β能谱形状与库里厄图

--3.3.10 衰变常数与比较半衰期

-3.4 γ跃迁

--3.4.1 什么是γ跃迁？

--3.4.2 γ跃迁的多极性与主要特点

--3.4.3 γ跃迁几率与选择定则

--3.4.4 同质异能跃迁

--3.4.5 内转换

-课后作业--作业

第四章原子核反应

-4.1 核反应的概况

--4.1.1 原子核反应相关概念

--4.1.2 核反应中的第一

--4.1.3 核反应的分类

--4.1.4 核反应中的守恒定律

-4.2 核反应能和Q方程

--4.2.1 核反应能

--4.2.2 Q方程

--4.2.3 Q方程的应用

--4.2.4 实验室坐标系和质心坐标系

--4.2.5 核反应阈能

--4.2.6 L系和C系中出射角的关系

-4.3 核反应截面和产额

--4.3.1 核反应截面

--4.3.2 微分截面和角分布

--4.3.3 L系和C系中反应截面的关系

--4.3.4 反应产额

-4.4 反应机制及核反应模型

--4.4.1 核反应的三阶段描述和各截面的关系

--4.4.2 核反应的光学模型

--4.4.3 复合核模型

--4.4.4 共振和共振公式

--4.4.5 (n,γ)反应的1/v规律

-课后作业--作业

第六章射线与物质相互作用

-6.1 辐射与物质相互作用概述

--6.1.1 射线(辐射)及射线的分类

--6.1.2 带电粒子与物质原子的碰撞过程

--6.1.3 能量损失率、比能损失或阻止本领

-6.2 重带电粒子与物质的相互作用

--6.2.1 重带电粒子与物质相互作用的特点

--6.2.2 电离能量损失规律：Bethe公式

--6.2.3 对Bethe公式的讨论

--6.2.4 Bragg曲线与能量歧离

--6.2.5 能量损失的Bragg加法法则

--6.2.6 重带电粒子的射程及射程歧离

--6.2.7 阻止时间

-6.3 快电子与物质的相互作用

--6.3.1 快电子与物质相互作用的特点

--6.3.2 辐射能量损失规律

--6.3.3 快电子的能量损失率

--6.3.4 快电子的吸收与射程

--6.3.5 快电子的散射与反散射

--6.3.6 正电子湮没

--6.3.7 带电粒子与物质相互作用小结

-6.4 γ射线与物质的相互作用

--6.4.1 能谱的概念

--6.4.2 γ射线与物质相互作用的特点

--6.4.3 光电效应(物理、能量、截面)

--6.4.4 康普顿效应

--6.4.5 电子对效应

--6.4.6 三种效应的比较

--6.4.7 其他作用过程

--6.4.8 γ射线的衰减规律

--6.4.9 关于中子与物质相互作用的说明

-课后作业--作业

第七章辐射测量的数理统计基础

-7.1 统计学的基础知识

--7.1.1 伯努利实验

--7.1.2 二项分布

--7.1.3 泊松分布

--7.1.4 高斯分布

--7.1.5 串级变量

-7.2 放射性测量的统计误差

--7.2.1 核衰变数的涨落

--7.2.2 放射性测量的统计误差

-7.3 电离过程的涨落与法诺分布

--7.3.1 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

--7.4.1 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

--7.5.1 相邻信号脉冲(或粒子)的时间间隔

--7.5.2 相邻“进位脉冲”的时间间隔

-课后作业--作业

第八章气体电离探测器

-8.1 气体中离子与电子的运动规律

--8.1.1 气体中离子与电子的运动规律

-8.2 电离室

--8.2.1 电离室的工作机制

--8.2.2 脉冲电离室及其输出信号

--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

--8.2.5 累计电离室

-8.3 正比计数器

--8.3.1 正比计数器的工作原理

--8.3.2 正比计数器的输出信号

--8.3.3 正比计数器的主要性能指标

-8.4 G-M计数管

--8.4.1 GM计数管的工作机制

--8.4.2 有机自熄GM计数管

--8.4.3 卤素自熄GM计数管

--8.4.4 自熄GM计数管的输出信号和主要性能指标

-8.5 气体探测器小结

--8.5.1 气体探测器小结

-课后作业--作业

第九章闪烁探测器

-9.1 闪烁体

--9.1.1 闪烁体及其分类

--9.1.2 闪烁体的主要物理特性

--9.1.3 闪烁光的收集

-9.2 光电倍增管

--9.2.1 光电倍增管及其主要性能

-9.3 闪烁探测器

--9.3.1 闪烁探测器输出信号的物理过程及输出回路

--9.3.2 闪烁探测器的输出信号

--9.3.3 闪烁探测器输出信号的涨落

-9.4 单晶闪烁谱仪

--9.4.1 单晶闪烁谱仪的构成和主要性能指标

-课后作业--作业

第十章半导体探测器

-10.1 半导体与半导体探测器

--10.1.1 半导体探测器及其基本特点

--10.1.2 半导体的基本性质

-10.2 PN结半导体探测器

--10.2.1 PN结半导体探测器的工作原理

--10.2.2 PN结半导体探测器的输出信号

--10.2.3 PN结半导体探测器的主要性能

-10.3 锂漂移和高纯锗半导体探测器

--10.3.1 锂漂移半导体探测器

--10.3.2 高纯锗半导体探测器

--10.3.3 锂漂移和高纯锗半导体探测器的性能与应用

-10.4 其他半导体探测器

--10.4.1 其他半导体探测器

-课后作业--作业

第十二章核辐射测量方法

-12.1 活度测量方法

--12.1.1 辐射测量关心的问题

--12.1.2 活度测量的相对法与绝对法

--12.1.3 影响活度测量的因素

--12.1.4 α放射性样品活度的测量

--12.1.5 β放射性样品活度的测量

-12.2 符合测量法

--12.2.1 什么是符合？

--12.2.2 真符合

--12.2.3 反符合

--12.2.4 延迟符合

--12.2.5 符合曲线

--12.2.6 偶然符合

--12.2.7 真偶符合比

-12.3 γ能谱解析

--12.3.1 γ能谱解析

-课后作业--作业

第十三章中子及中子探测

-13.1 中子的基本特性与分类

--13.1.1 中子的基本特性与分类

-13.2 中子源

--13.2.1 中子源

-13.3 中子与物质的相互作用

--13.3.1 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

--13.4.1 中子探测的特点与探测方法分类

-13.5 常用的中子探测器

--13.5.1 常用的中子探测器

-课后作业--作业

3.4.5 内转换笔记与讨论

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