내부 전환

핵물리학
핵·핵자(p, n)·핵물질·핵력·핵구조·핵반응
핵 모형 액체 방울 · 핵셸 모형 · 상호작용 보손 모형 · Ab initio
핵종 분류 동위원소 – Z 등가 Isobars – 동등 A 아이소톤 – N 등가 Isodiaphers – 동일 N - Z 이성질체 – 위의 모든 것과 동일 거울핵 – Z ↔ N 안정·매직·짝수/홀수·헤일로(보롬어)
핵안정성 결합 에너지 · p-n비 · 드립 라인 · 안정의 섬 · 안정의 계곡 · 안정 핵종
방사성 붕괴 알파α·베타β(2β(0v, β+)·K/L포착·이성질체(감마δ·내부 변환)·순간 핵분열·클러스터 붕괴·중성자 방출·프로톤 방출 붕괴 에너지 · 붕괴사슬 · 붕괴 생성물 · 방사성 핵종
핵분열 자발적·제품(페어 브레이킹)·사진
프로세스 캡처 전자(2×) · 중성자(s · r) · 양성자(p · rp)
고에너지 프로세스 파쇄(우주선에 의한) · 광집적
핵합성 및 핵천체물리학 핵융합 프로세스:스타·빅뱅·초신성 핵종 : 원시·코스모제닉·인공
고에너지 핵물리학 쿼크-글루온 플라즈마 · 오른쪽 · LHC
과학자 알바레즈 · 베크렐 · 베테 · A. 보어 · N. 보어 · 채드윅 · 콕크로프트 · 퀴리 · 퀴리 부인 · 파이 퀴리 · 스크워도프스카 퀴리 · 데이비슨 · 페르미 · 한 · 젠센 · 로렌스 · 메이어 · 마이트너 · 올리판트 · 오펜하이머 · 프로카 · 퍼셀 · 라비 · 러더퍼드 · 소디 · 스트라스만 · 【Wiąteckckckckte】 · 실라드 · 텔러 · 톰슨 · 월튼 · 위그너
물리 포털 카테고리
v t

내부 변환은 들뜬 핵이 원자의 궤도 전자 중 하나와 전자기적으로 상호작용하는 비방사성 붕괴 과정이다.이로 인해 ^[1][2]전자가 원자에서 방출됩니다.따라서 내부 변환 과정에서 고에너지 전자는 핵이 아닌 방사성 원자에서 방출된다.이러한 이유로, 내부 변환에 의해 발생하는 고속 전자는 베타 입자라고 불리지 않는데, 후자는 핵 붕괴 과정에서 새롭게 만들어지는 베타 붕괴에서 비롯되기 때문이다.

원자가 완전히 이온화된 경우를 제외하고 감마 붕괴가 가능할 때마다 내부 변환이 가능하다.내부 변환 중에는 원자 번호가 변경되지 않으므로(감마 붕괴의 경우와 마찬가지로) 한 원소에서 다른 원소로 변환되지 않는다.

원자로부터 전자가 손실되기 때문에 전자껍질에 구멍이 생기고, 그 후 비어 있는 낮은 에너지 레벨로 내려오는 다른 전자에 의해 채워지며, 그 과정에서 특징적인 X선, 오거 전자 또는 둘 다 방출된다.따라서 원자는 고에너지 전자와 X선 광자를 방출하며, 이들 중 어느 것도 핵에서 유래하지 않습니다.원자는 전자를 방출하는 데 필요한 에너지를 공급했고, 이는 후자의 이벤트와 다른 방출을 야기했다.

내부 변환의 1차 전자는 특징적인 붕괴 에너지의 고정(큰) 부분을 가지고 있기 때문에, 베타 입자의 스펙트럼 특성인 확산(연속) 스펙트럼이 아닌 이산 에너지 스펙트럼을 가지고 있다.베타 입자의 에너지 스펙트럼은 넓은 혹으로 표시되는 반면, 내부적으로 변환된 전자의 에너지 스펙트럼은 단일 첨예한 피크로 표시됩니다(아래 예 참조).

메커니즘

전자의 양자역학 모델에서는 핵 내에서 전자를 찾을 확률이 0이 아니다.내부 변환 과정 동안, 내부 셸 전자(일반적으로 s 전자)의 파동 함수는 원자핵의 부피를 관통한다고 한다.이 경우 전자는 핵의 들뜬 에너지 상태에 결합하고 중간 감마선이 먼저 생성되지 않고 핵 전이 에너지를 직접 취할 수 있다.방출된 전자의 운동 에너지는 원자핵에서 전자의 결합 에너지를 뺀 전이 에너지와 같다.

대부분의 내부 변환(IC) 전자는 K 쉘(1s 상태)에서 나오는데, 이 두 전자가 핵 안에 있을 확률이 가장 높기 때문입니다.단, L, M 및 N 쉘의 s 상태(즉, 2s, 3s 및 4s 상태)는 핵장에 결합할 수 있으며 이러한 쉘에서 IC 전자 방출(L 또는 M 또는 N 내부 변환)을 일으킬 수 있다.다양한 핵종에 대한 다른 L, M, N 쉘 내부 변환 확률에 대한 K 쉘의 비율이 ^[3]작성되었다.

원자에서 방출하여 IC를 생성하기 위해서는 s 전자의 원자 결합 에너지를 초과하는 에너지가 해당 전자에 공급되어야 한다. 즉, 핵의 붕괴 에너지가 특정 임계값보다 작으면 내부 변환이 일어날 수 없다.붕괴 에너지가 1s(K 쉘) 전자를 변환(이젝트)하기에 충분하지 않은 방사성핵종이 몇 개 있으며, 이러한 핵종은 내부 변환에 의해 붕괴하기 위해 L 또는 M 또는 N 쉘에서 전자를 방출함으로써(즉, 결합 에너지가 낮기 때문에 2, 3, 4s 전자를 방출함으로써) 붕괴해야 한다.

s 전자는 궤도 각운동량을 가진 전자에 비해 우수한 핵 투과성으로 인해 IC 과정에서 더 가능성이 높지만 스펙트럼 연구에 따르면 (껍질 L 이상에서) p 전자는 IC 과정에서 가끔 방출된다.

IC 전자가 방출된 후, 원자는 전자 껍질 중 하나(일반적으로 내부)에 빈 공간을 남겨둡니다.이 구멍은 높은 껍질 중 하나의 전자로 채워질 것이고, 이것은 다른 외부 전자를 차례로 채워 캐스케이드 현상을 일으킨다.그 결과, 하나 이상의 특징적인 X선 또는 오거 전자는 원자 내의 나머지 전자가 캐스케이드 다운하여 빈자리를 메우면서 방출된다.

예: Hg의 붕괴

왼쪽의 붕괴 방식은 Hg가 최대 에너지 214 keV의 연속 베타 스펙트럼을 생성하며, 이는 딸 핵 Tl의 들뜬 상태로 이어진다.이 상태는 279 keV의⁻¹⁰ 감마 양자를 방출하면서 (2.8×10초 이내) Tl의 지면 상태로 매우 빠르게 붕괴된다.

오른쪽 그림은 자기 분광계로 측정한 Hg의 전자 스펙트럼을 보여줍니다.연속 베타 스펙트럼과 내부 변환으로 인한 K-, L-, M-라인을 포함한다.Tl에서 K 전자의 결합 에너지는 85 keV이므로 K 라인은 279 - 85 = 194 keV의 에너지를 갖는다.결합 에너지가 작기 때문에 L라인과 M라인은 더 높은 에너지를 가집니다.분광계의 에너지 분해능이 유한하기 때문에, "선"은 유한 폭의 가우스 형상을 가집니다.

프로세스가 예상되는 경우

내부 변환(종종 약어 IC)은 감마 전환에 사용할 수 있는 에너지가 작을 때마다 선호되며, 0→0⁺(즉, E0) 전환에 대한⁺ 1차 탈여자 모드이기도 하다.0⁺→0⁺ 전이는 들뜬 핵이 0 스핀과 양의 패리티를 가질 때 일어나며, 0 스핀과 양의 패리티를 가진 지면 상태로 붕괴한다(예: 양성자와 중성자의 짝수 수를 가진 모든 핵종).이러한 경우, 감마선의 방출에 의한 탈여기는 각운동량 보존에 위배되기 때문에 IC와 같은 다른 메커니즘이 우세하다.이것은 또한 (이름과 달리) 내부 변환이 감마선이 먼저 방출되고 변환되는 2단계 과정이 아님을 보여준다.

내부 변환과 감마 붕괴 사이의 경쟁은 α ${\displaystyle =e}$ /$$ {$display$style \$alpha$=$e/{\display$ $}$로 $정의$되는 내부 변환 계수의 형태로 정량화된다. $여기$서$$e {\$displaystyle$ e$}$는 변환 전자 비율이고$\delta {\displaystyle }$ {\$display$style \d}은$$$$ 감마선 방출 비율이다.썩어가는 핵에서 나온 거야예를 들어, 35 keV의 Te(I의 붕괴에 의해 생성됨)에서 들뜬 상태의 붕괴에서 붕괴의 7%는 감마선으로 에너지를 방출하고 93%는 변환 전자로 에너지를 방출한다.따라서 이 들뜬 상태의 Te는 내부 변환 ${\displaystyle \mathrm{계수}}$가$α$ ${\displaystyle =}$ ${\displaystyle 93}$/ 7$=$ 13.${\displaystyle 3}$ ${{$표시 $스타일$ \$alpha$=$93$7= $13{\displaystyle }$.3}이다.

원자 번호(Z)를 증가시키고 감마선 에너지를 감소시키기 위해 내부 변환 계수가 증가하는 것을 관찰한다.예를 들어 Z = 40, 60 및 80에 대해 계산된 전기 쌍극자(E1) 전환 IC 계수가 그림에 나와 있습니다.^[4]

방출된 감마선의 에너지는 붕괴 핵의 들뜬 상태 사이의 에너지 차이를 정확하게 측정하는 것이다.변환 전자의 경우 결합 에너지도 고려해야 합니다.변환 전자의 에너지는 E ${\displaystyle =}$ ( ${\displaystyle E_{}}$i - ${\displaystyle E_{}}$f${\displaystyle }$) - ${\displaystyle {}_{}}$ ${\displaystyle B_{}}$( \ $display style$ E = ( $E$_ { $i$} - $E$_ { $f$} ) - $E$_ { $B$} $e{\displaystyle }$ e 。${\displaystyle {여기}_{}}$서 E$$i \ $display style$ E_${i$$}$ $e$ E ${\displaystyle {\_}_{}}$ { f$$} e$$ ${\$ e {\ the the {\ in in in in in in in in in in in in in in in in in in in in in in in in in in in nnding 전자의 에너지.

유사한 프로세스

제로 스핀과 높은 들뜸 에너지(약 1.022 MeV 이상)를 가진 핵도 운동량 보존에 의해 부과된 제약으로 인해 (단일) 감마 방출에 의해 에너지를 제거할 수 없지만 쌍 생성에 ^[5]의해 붕괴할 수 있는 충분한 붕괴 에너지를 가지고 있다.이러한 붕괴 형태에서는 원자로부터 전자와 양전자가 동시에 방출되어 이들 2개의 생성물 입자를 반대 방향으로 회전시킴으로써 각운동량 보존이 해결된다.

내부 변환 프로세스는 유사한 광전 효과와 혼동해서는 안 됩니다.원자의 핵에서 방출된 감마선이 다른 원자에 닿으면 흡수되어 명확한 에너지의 광전자(이것을 "외부 변환"이라고 불렀다)가 생성될 수 있다.그러나 내부 변환에서는 실제 중간 감마선 없이 하나의 원자 내에서 프로세스가 발생합니다.

원자핵 내에서 에너지를 이용할 수 있다면 감마선 대신 원자가 내부 변환 전자를 생성할 수 있듯이, 낮은 전자껍질 중 하나에서 전자가 누락되면 원자는 X선 대신 오거 전자를 생성할 수 있다(첫 번째 과정은 두 번째 전자껍질까지 침전시킬 수 있다).IC 전자와 마찬가지로 오거 전자는 분리된 에너지를 가지며, 결과적으로 스펙트럼에서 급격한 에너지 피크가 발생합니다.

전자 포획 과정은 또한 내부 껍질 전자를 포함하며, 이 경우 원자 번호 변경은 핵에 유지되고 원자(핵이 아닌)는 들뜬 상태로 남습니다.내부 전자를 잃은 원자는 원자 내의 높은 에너지 전자가 떨어져 포획된 전자에 의해 전자 구름에 남겨진 빈자리를 메우기 위해 X선 방출을 통해 이완될 수 있습니다.이러한 원자들은 또한 전형적으로 오거 전자 방출을 보인다.전자 포획은 베타 붕괴와 마찬가지로 일반적으로 들뜬 원자핵을 발생시키며, 원자핵은 감마 붕괴 및 내부 변환 붕괴를 포함한 스핀 제약에 의해 허용되는 방법 중 하나에 의해 가장 낮은 핵 에너지 상태로 완화될 수 있다.

「 」를 참조해 주세요.

• 내부전환계수

레퍼런스

추가 정보

• Krane, Kenneth S. (1988). Introductory Nuclear Physics. J. Wiley & Sons. ISBN 0-471-80553-X.
• L'Annunziata, Michael F.; et al. (2003). Handbook of Radioactivity Analysis. Academic Press. ISBN 0-12-436603-1.
• R.W. 하웰, 오거 전자 방출 방사성핵종에 대한 방사선 스펙트럼:AAPM 핵의학 태스크 그룹 No. 6, 1992, 의학물리학 19(6), 1371–1383의 제2호 보고서

외부 링크

• 하이퍼 물리