Konversi Internal Adalah Proses: Inti Yang Elektromagnetik Elektron Orbital [PDF]

Citation preview

Konversi internal adalah proses peluruhan non-radioaktif dimana inti yang tereksitasi berinteraksi secara elektromagnetik dengan salah satu elektron orbital atom. Ini menyebabkan elektron dipancarkan (dikeluarkan) dari atom. [1] [2] Jadi, dalam proses konversi internal, elektron berenergi tinggi dipancarkan dari atom radioaktif, tetapi tidak dari inti. Untuk alasan ini, elektron berkecepatan tinggi yang dihasilkan dari konversi internal tidak disebut partikel beta , karena yang terakhir berasal dari peluruhan beta , di mana mereka baru dibuat dalam proses peluruhan nuklir. Konversi internal dimungkinkan kapan pun peluruhan gamma dimungkinkan, kecuali dalam kasus di mana atom terionisasi penuh . Selama konversi internal, nomor atom tidak berubah, dan dengan demikian (seperti halnya peluruhan gamma) tidak ada transmutasi dari satu unsur ke unsur lainnya yang terjadi. Karena elektron hilang dari atom, sebuah lubang muncul di kulit elektron yang kemudian diisi oleh elektron lain yang turun ke tingkat energi kosong yang lebih rendah, dan dalam prosesnya memancarkan sinar-X karakteristik , elektron Auger (s). ), atau keduanya. Dengan demikian, atom memancarkan elektron berenergi tinggi dan foton sinar-X, yang tidak ada yang berasal dari inti tersebut. Atom memasok energi yang dibutuhkan untuk mengeluarkan elektron, yang pada gilirannya menyebabkan peristiwa terakhir dan emisi lainnya. Karena elektron primer dari konversi internal membawa bagian tetap (besar) dari karakteristik energi peluruhan, mereka memiliki spektrum energi diskrit, daripada karakteristik spektrum partikel beta yang tersebar (kontinu) . Sedangkan spektrum energi partikel beta diplot sebagai punuk luas, spektrum energi elektron yang diubah secara internal plot sebagai puncak tajam tunggal (lihat contoh di bawah).



Isi        



Mekanisme Dalam model mekanika kuantum elektron, ada kemungkinan bukan nol untuk menemukan elektron di dalam inti. Selama proses konversi internal, fungsi gelombang elektron kulit dalam (biasanya elektron s ) dikatakan menembus volume inti atom . Ketika ini terjadi, elektron dapat berpasangan dengan keadaan energi tereksitasi dari inti dan mengambil energi transisi nuklir secara langsung, tanpa dihasilkan sinar gamma perantara terlebih dahulu. Energi kinetik elektron yang dipancarkan sama dengan energi transisi di inti atom , dikurangi energi ikat elektron ke atom. Sebagian besar elektron konversi internal (IC) berasal dari kulit K (keadaan 1s), karena kedua elektron ini memiliki probabilitas tertinggi berada di dalam inti. Namun, status s dalam kulit L, M, dan N (yaitu, status 2s, 3s, dan 4s) juga dapat berpasangan dengan medan inti dan menyebabkan pelepasan elektron IC dari kulit tersebut (disebut L atau M atau N konversi internal). Rasio K-shell dengan probabilitas konversi internal shell L, M, atau N lainnya untuk berbagai nuklida telah disiapkan. [3] Sejumlah energi yang melebihi energi ikatan atom dari elektron s harus disuplai ke elektron tersebut untuk mengeluarkannya dari atom untuk menghasilkan IC; Artinya, konversi internal tidak dapat terjadi jika energi peluruhan inti kurang dari ambang tertentu. Ada beberapa radionuklida yang energi peluruhannya tidak cukup untuk mengubah (mengeluarkan) elektron 1s (kulit K), dan nuklida ini, untuk meluruh dengan konversi internal, harus meluruh



dengan mengeluarkan elektron dari kulit L atau M atau N ( yaitu, dengan mengeluarkan elektron 2s, 3s, atau 4s) karena energi ikat ini lebih rendah. Meskipun elektron s lebih mungkin untuk proses IC karena penetrasi inti yang lebih unggul dibandingkan dengan elektron dengan momentum sudut orbital, studi spektral menunjukkan bahwa elektron p (dari kulit L dan lebih tinggi) kadang-kadang dikeluarkan dalam proses IC. Setelah elektron IC diemisikan, atom memiliki kekosongan di salah satu kulit elektronnya, biasanya di bagian dalam. Lubang ini akan diisi dengan elektron dari salah satu kulit yang lebih tinggi, yang menyebabkan elektron terluar lain mengisi tempatnya secara bergantian, menyebabkan kaskade. Akibatnya, satu atau lebih sinar-X karakteristik atau elektron Auger akan dipancarkan saat elektron yang tersisa di atom turun untuk mengisi kekosongan.



Contoh: peluruhan 203 Hg



Skema peluruhan 203 Hg



Spektrum elektron 203 Hg, menurut Wapstra et al., Physica 20 (1954) 169



The Skema pembusukan pada acara kiri yang 203 Hg menghasilkan terus menerus spektrum beta dengan maksimal energi 214 keV, yang mengarah ke keadaan tereksitasi dari putri inti 203 Tl. Keadaan ini meluruh dengan sangat cepat (dalam 2,8 × 10 −10  dtk) ke keadaan dasar 203 Tl, memancarkan kuantum gamma 279 keV. Gambar di sebelah kanan menunjukkan spektrum elektron 203 Hg, diukur dengan spektrometer magnet . Ini mencakup spektrum beta kontinu dan garis K-, L-, dan M karena konversi internal. Karena energi ikat elektron K pada 203 Tl berjumlah 85 keV, garis K memiliki energi 279 - 85 = 194 keV. Karena energi pengikatan yang lebih rendah, garis L dan M memiliki energi yang lebih tinggi. Karena resolusi energi terhingga dari spektrometer, "garis" memiliki bentuk lebar berhingga berbentuk Gaussian .



Kapan prosesnya diharapkan Konversi internal (sering disingkat IC) disukai setiap kali energi yang tersedia untuk transisi gamma kecil, dan ini juga merupakan mode utama de-eksitasi untuk transisi 0 + → 0 + (yaitu E0). Transisi 0 + → 0 + terjadi ketika nukleus tereksitasi memiliki spin-nol dan paritas positif, dan meluruh ke keadaan dasar yang juga memiliki spin-nol dan paritas positif (seperti semua nuklida dengan jumlah proton dan neutron genap). Dalam kasus seperti itu, eksitasi tidak



dapat terjadi melalui emisi sinar gamma, karena ini akan melanggar kekekalan momentum sudut, oleh karena itu mekanisme lain seperti IC mendominasi. Ini juga menunjukkan bahwa konversi internal (bertentangan dengan namanya) bukanlah proses dua langkah di mana sinar gamma akan dipancarkan terlebih dahulu dan kemudian diubah.



Koefisien Konversi Internal untuk transisi E1 untuk Z = 40, 60, dan 80 menurut tabel oleh Sliv dan Band, sebagai fungsi dari energi transisi.



Persaingan antara konversi internal dan peluruhan gamma dihitung dalam bentuk koefisien konversi internal yang didefinisikan sebagai   dimana  adalah laju konversi elektron dan adalah laju emisi sinar gamma yang diamati dari inti yang membusuk. Misalnya, dalam peluruhan keadaan tereksitasi pada 35 keV dari 125 Te (yang dihasilkan oleh peluruhan 125 I ), 7% peluruhan memancarkan energi sebagai sinar gamma, sedangkan 93% melepaskan energi sebagai elektron konversi. Oleh karena itu, keadaan gembira ini125 Te memiliki koefisien konversi internal sebesar  . Untuk meningkatkan nomor atom (Z) dan mengurangi energi sinar gamma, koefisien konversi internal diamati meningkat. Sebagai contoh, koefisien IC terhitung untuk transisi dipol listrik (E1), untuk Z = 40, 60, dan 80, ditunjukkan pada gambar. [4] Energi sinar gamma yang dipancarkan adalah ukuran yang tepat dari perbedaan energi antara keadaan tereksitasi dari inti yang membusuk. Dalam kasus elektron konversi, energi ikat juga harus diperhitungkan: Energi elektron konversi diberikan sebagai  , dimana  dan  adalah energi inti masing-masing dalam keadaan awal dan akhirnya, sedangkan  adalah energi ikat elektron.



Proses serupa Inti dengan energi spin-nol dan eksitasi tinggi (lebih dari sekitar 1.022 MeV) juga tidak dapat melepaskan diri dari energi dengan (tunggal) emisi gamma karena kendala yang diberlakukan oleh kekekalan momentum, tetapi mereka memiliki energi peluruhan yang cukup untuk meluruh. dengan produksi berpasangan . [5] Dalam jenis peluruhan ini, elektron dan positron keduanya dipancarkan dari atom pada saat yang sama, dan kekekalan momentum sudut diselesaikan dengan membuat kedua partikel produk ini berputar ke arah yang berlawanan. Proses konversi internal jangan sampai tertukar dengan efek fotolistrik yang serupa . Ketika sinar gamma yang dipancarkan oleh inti atom mengenai atom yang berbeda, ia dapat diserap menghasilkan fotoelektron dengan energi yang terdefinisi dengan baik (ini dulu disebut "konversi eksternal"). Namun, dalam konversi internal, proses tersebut terjadi dalam satu atom, dan tanpa sinar gamma perantara yang nyata. Sama seperti atom dapat menghasilkan elektron konversi internal menggantikan sinar gamma jika energi tersedia dari dalam nukleus, demikian pula atom dapat menghasilkan elektron Auger sebagai pengganti sinar-X jika elektron hilang dari salah satu yang rendah. -terutama kulit elektron. (Proses pertama bahkan dapat mengendapkan proses yang kedua.) Seperti



elektron IC, elektron Auger memiliki energi diskrit, menghasilkan puncak energi yang tajam dalam spektrum. Proses penangkapan elektron juga melibatkan elektron kulit bagian dalam, yang dalam hal ini tertahan di inti (mengubah nomor atom) dan membiarkan atom (bukan inti) dalam keadaan tereksitasi. Atom yang kehilangan elektron dalam dapat bersantai dengan aliran emisi sinarX karena elektron berenergi lebih tinggi dalam atom jatuh untuk mengisi kekosongan yang tersisa di awan elektron oleh elektron yang ditangkap. Atom semacam itu juga biasanya menunjukkan emisi elektron Auger. Penangkapan elektron, seperti peluruhan beta, juga biasanya menghasilkan inti atom yang tereksitasi, yang kemudian dapat bersantai ke keadaan energi nuklir terendah dengan salah satu metode yang diizinkan oleh batasan spin, termasuk peluruhan gamma dan peluruhan konversi internal.



Lihat juga



https://translate.google.com/translate? u=https://en.wikipedia.org/wiki/Internal_conversion&hl=id&sl=en&tl=id&client=srp&prev=search