內轉換電子

內轉換電子即內轉換過程中放出來的電子。

內轉換現象即原子核從激發態到較低的能態或基態的躍遷，對於剝去電子的裸核，一般只能通過發射γ 光子（如果可能，也可以產生正負電子對）實現退激。當核外存在電子時，原子核還可以把能量傳遞給某個殼層電子（如K層電子）使電子發射出來，實現退激，這種現象稱為內轉換。

基本介紹

• 中文名：內轉換電子
• 外文名：conversion electron
• 類別：原子核物理

內轉換電子穆斯堡爾探測系統

用單通道管設計製造的一個測量內轉換電子穆斯堡爾譜的探測器。它通過對內轉換電子出射角度或y射線入射角度的選擇，探測到薄膜樣品不同深度（<幾百畫nm)上的穆斯堡爾譜。實驗結果表明，以內轉換電子出射角選擇探測的穆斯堡爾譜，是深度選擇穆斯堡爾測量的一個新途徑。

設計思想

ACEMS探測器能在多個不同的出射角度上同時測量內轉換電子出射角選擇的CEMS，並且也可以選擇y射線入射角進行CEMS譜測量，便於兩種不同的ACEMS方法探測同一樣品時進行比較。此外能夠從室溫到液氮溫度77K連續可調樣品的溫度，實現變溫測量ACEMS譜。基於這些考慮，選擇以單通道管(Channeltron)為電子探測元件。單通道管對千電子伏量級的電子探測效率幾乎100%。該探測器的探測效率要比電子譜儀或磁譜儀高得多。因此對增豐或不增豐穆斯堡爾核素的樣品都可以測量。由於單通道管對X，y射線探測效律很低於（1--3%），暗計數小於1s^-1，所以具有很好的信噪比。它有緊湊的尺寸，體積小於10cm³，長度為2一4cm，視窗直徑Φlcm，有良好時間解析度(一100ps)。並且該探測器可以同時對6個不同內轉換電子出射角的CEMS譜進行測量，大大節約了測量時間。該探測器可以工作在液氮溫度條件下，彌補了CEMS測量中，常用氦流氣式正比探測器不能在低溫條件下工作的缺點，故可將該探測器用於低溫下的積分CEMS或ACEMS譜測量中。在單通道管的通常套用中有兩個受限制的因素，一是必須工作在1.3mPa真空度以上，二是探測面積小(ΦIcm)，但對實驗來說並非缺點。從樣品表面出射的低能內轉換電子必須無碰撞地飛行一段距離，才能有效地分辨電子的出射角，從而要求真空度達到1.3mPa以上，這也正好是單通道管的工作環境。其次要準確地分辨電子出射的角分布，每個單通道管的探測面積就不能大。為了提高探測效率，可以用多個單通道管在與樣品表面法線成相同角度上環形並聯，計數率可以成倍地增加。若將各角度的單通道管全部並聯，就是一積分探測器。

樣品製備

實驗樣品是用2mm厚的不鏽鋼Fe₇₄Cr₁₈Ni₈作襯底，密度p==7.91g/cm³。不鏽鋼片被剪下成直徑Φ2.ocm的圓片，用細砂紙將其表面仔細拋光，並用丙酮和無水乙醇清洗。在蒸發台上進行蒸發鍍膜，蒸發物質為純鐵絲，其成分為Fe99%，Cr0.l%，Mn0.8%，Ni0.1%，密度7.86g/cm³，分別蒸發鍍純鐵膜厚度為20nm和40nm左右。

實驗內容

(1)用92.5xl0⁷Bq⁵⁷Co穆斯堡爾源，y射線垂直入射到樣品表面上，從不同內轉換電子出射角度探測內轉換電子穆斯堡爾譜，探測角度分別為33⁰，57⁰，70⁰和80⁰，單通道管對樣品中心張角士8⁰。對一非增豐樣品。每條譜線的典型測量時間為48h。對增豐樣品可以在8h完成。在圖上並比較各譜中不鏽鋼峰面積與a一Fe峰面積的相對比例，與用蒙特卡羅模擬的結果符合。

(2)改變y射線的入射角度，探測由樣品出射的內轉換電子穆斯堡爾積分譜。實驗分別測量了當y射線入射角為300和70⁰時的積分穆斯堡爾潛。

內轉換電子能量及絕對強度計算

介紹γ躍遷的內轉換電子能量及絕對強度的計算方法，並以實例說明其具體套用。

內轉換電子能量計算

假定原子核躍遷γ射線的能量為E_γ，原子核外i殼層的原子電子結合能為E_i，從原子i殼層發射電子的能量為E_ei，根據能量平衡，有E_ei=E_γ-Ei，其中i=K，L，M，N……。

不同原子(原子核電荷數Z不同)電子的結合能E_i數據已經系統評價，並彙編成數表。該數表列出了不同核電荷數Z(不同元素)的並對應著K，L，M，N……等殼層的原子電子結合能。

內轉換電子絕對強度計算

假定原子核躍遷能量為E_γ的γ射線的發射幾率為P_γ，其內轉換係數為αi(i=K，L，M，N……殼層)，其內轉換電子發射幾率(即絕對強度)為P_ei，則有P_ei=P_γ·α_i，其中i=K，L，M，N……。

其中α是總的內轉換係數，P_e是總的內轉換電子發射幾率(絕對強度)。對能量為E_γ的γ躍遷來說，只要知道其γ射線的發射幾率P_γ及其內轉換係數α_i和總的內轉換係數α，就可以計算其不同殼層的內轉換電子的發射幾率P_ei以及總的內轉換電子發射幾率P_e。

內轉換係數計算

為了計算內轉換電子發射幾率Pei和P_e，就必須知道其內轉換係數α_i和總的內轉換係數α。

不同元素的不同原子殼層的內轉換係數也已系統評價。它們是以不同元素(原子電荷數)及其躍遷γ射線能量E_γ為函式，給出了躍遷γ射線的多極性M1，M2，M3和M4以及E1，E2，E3，E4等的K，L，M，N……殼層及總的內轉換係數的數表和曲線圖。有專門計算內轉換係數的程式HSICC。該程式是以樣條擬合方式，對應其相應γ射線多極性的不同躍遷γ射線的能量E_γ進行計算的，並根據其γ射線多極性和能量E_γ給出不同殼層i的內轉換係數α_i和總的內轉換係數α。

γ射線絕對強度計算

為計算內轉換電子的絕對強度，還必須知道其對應γ射線的絕對強度。

放射性核素衰變數據測量中，多數情況下是進行γ射線的相對γ強度測量的。核衰變數據評價中，除給出其相對γ射線的強度外，還通過數據分析和評價給出對應γ射線相對強度的歸一化因子。利用其歸一化因子可以得到所需的γ射線絕對強度(即母核100次衰變的γ射線發射幾率)。

主要計算程式及其工作流程

計算內轉換電子能量及其絕對強度可分為3個部分：1)準備，主要是安計算程式要求的格式準備評價核衰變資料庫、原子電子結合能資料庫和內轉換係數資料庫；2)計算，首先要計算所需的內轉換係數和總的內轉換係數以及γ射線絕對強度，然後計算內轉換電子能量及其絕對強度；3)輸出，將計算結果按所要求的格式列出計算數表並繪製綱圖。

套用

以²³²Th(T_1/2=14.05×10⁹a)的衰變數據為例，說明其具體套用。

²³²Th衰變的相對γ射線強度的歸一化因子為1.0，並給出了γ射線的其它相關數據。其中，內轉換係數數據是用HSICC程式計算的。

²³²Th衰變的α,γ射線及其內轉換電子的能量和絕對強度數據。對於重核²³²Th的衰變,其內轉換係數比較大，因此，內轉換電子的輻射強度也比較大。給出了γ射線的能量、多極性、γ發射幾率和總的內轉換電子發射幾率。從衰變能量平衡即實際套用來看，其內轉換電子的計算是相當重要的。