§ 20. ГАММА-ИЗЛУЧЕНИЕ ЯДЕР

Выше уже говорилось, что -излучение ядер возникает при переходе ядра из возбужденного состояния в основное. Как известно, -лучи представляют собой электромагнитное излучение с длиной волны, меньшей, чем у рентгеновских лучей. Энергия -квантов

импульс

где волновой вектор

Откуда

При энергии кванта длина волны см. Для сравнения укажем, что энергия кванта видимого света

Возбужденные ядра могут быть получены разными путями, в результате бомбардировки их заряженными или нейтральными частицами, в результате поглощения ядром фотона, либо, наконец, в результате или -переходов, когда новое ядро образуется в возбужденном состоянии.

Наблюдаемый спектр -лучей всегда дискретный, что позволяет говорить о дискретности ядерных уровней. Обычно энергия возбуждения ядра недостаточна для испускания нуклона, поэтому возбуждение снимается испусканием -квантов. Но и тогда, когда энергия возбуждения достаточна для вылета нуклона, часто происходит -переход, так как запреты по четности или моменту количества движения приводят к малой вероятности вылета из ядра нуклона или других частиц.

После -распада обычно испускаются -лучи с энергией не выше Энергия же -лучей, испускаемым возбужденным ядром после -распада может быть больше и достигает

Рассмотрим в качестве примера возникновения -излучения схему распада (рис. 43). Основной уровень

характеризуется значением спина 4 и положительной четностью Основной уровень имеет характеристику Распад с переходным на этот уровень требует большого изменения момента и практически не идет.

Рис. 43. Схема распада

Первый возбужденный уровень характеризуется и хотя -распад на него тоже запрещен, но этот запрет не очень сильный, и переход с очень малой вероятностью идет. Второй возбужденный уровень есть уровень Поэтому практически весъ распад идет с переходом на этот уровень. Затем переходит в основное состояние, испуская два -кванта с энергией Стеклянная ампула с будет являться источником -лучей, так как электроны распада будут задерживаться стеклом, а улучи пройдут.

-излучение также имеет статистический характер, т. е. для каждого ядра существует определенная вероятность излучить -квант; эта вероятность определяется так называемым «временем высвечивания» где имеет физический смысл среднего времени пребывания ядра в возбужденном состоянии до излучения им -кванта (обычно

Внутренняя конверсия электронов.

Ядро может освободиться от избытка энергии не только путем излучения. У тяжелых ядер наблюдается процесс испускания электронов внутренней конверсии. В этом процессе энергия возбуждения ядра непосредственно передается орбитальному электрону, в результате чего он получает возможность покинуть атом. Кинетическая энергия вырванного электрона будет на величину энергии связи электрона в соответствующей оболочке меньше энергии -кванта. Ясно, почему при таком механизме распада наблюдают моноэнергетические электроны (рис. 44).

С наибольшей вероятностью процесс внутренней конверсии идет на -оболочке. Когда энергия возбуждения ядра меньше энергии связи -электрона, наблюдается конверсия на -электро-нах.

Название «внутренняя конверсия -лучей» не совсем удачно для характеристики этого процесса. Конверсионные электроны наблюдаются в первую очередь тогда, когда правила отбора запрещают излучение -кванта, и его вылет практически невозможен. Следовательно, нельзя считать, что квант сначала вылетает из ядра, а потом поглощается атомом и выбивает электрон из оболочки (внутренний фотоэффект).

После того как вылет электрона из атома произошел, электронная орбита остается незанятой, вследствие чего возникает

характеристическое рентгеновское излучение, сопровождаемое иногда испусканием электронов На рис. 44 показан типичный -спектр с максимумами, соответствующими конверсионным электронам.

Рис. 44. Энергетический спектр электронов внутренней конверсии

Как сказано выше, конверсионное излучение может наблюдаться вместе с -излучением или без него.

Отношение между числом вылетающих электронов и излученных фотонов называется коэффициентом внутренней конверсии:

Используются также парциальные коэффициенты для соответствующих оболочек

Полный коэффициент внутренней конверсии определяется из соотношения

Коэффициент конверсии сильно зависит от энергии перехода: он уменьшается с ростом и растет с увеличением Таким образом, наибольшее значение внутренняя конверсия имеет для тяжелых ядер. Его величина также сильно зависит от степени запрета уизлучения.

По энергии конверсионных электронов можно определять энергии ядерных уровней.