Кроме радиационных переходов, то есть испускания g-квантов, существует еще один процесс потери ядром энергии возбуждения — испускание электронов внутренней конверсии. В этом процессе, который конкурирует с g-излучением, ядро передает энергию возбуждения посредством виртуального (см. §1.9 п.8 и формулу 1.9.4), а не реального g-кванта одному из электронов оболочки атома. Испускаемые электроны имеют дискретный энергетический спектр:
Те = Е – Ii,
(3.6.10)
где Ii – энергия связи электрона на i-оболочке. Дискретный спектр электронов внутренней конверсии позволяет отличить их от электронов непрерывного спектра β‑распада, который является причиной рождения ядер в возбужденном состоянии. С наибольшей вероятностью процесс внутренней конверсии идет на К-электронах. Но если энергия перехода меньше энергии связи К-электрона, то процесс наблюдается на L-электронах и т.д. После вылета электрона атом возбужден, и образовавшаяся энергетическая вакансия заполняется одним из электронов с внешних оболочек атома с испусканием кванта характеристического рентгеновского излучения. Возможно также непосредственная передача энергии возбуждения атома одному из внешних электронов атома и испускание т.н. электронов 0же.
Интенсивность процесса внутренней конверсии характеризуется коэффициентом внутренней конверсии αк, равного отношению вероятности we испускания конверсионного электрона к вероятности wγ испускания γ‑кванта:
αк = we/ wγ.
(3.6.11)
Коэффициент внутренней конверсии уменьшается с ростом энергии перехода, растет с увеличением атомного номера Z и мультипольности g-излучения. В случае (0-0)-переходов, как отмечалось выше, радиационный переход запрещен абсолютно и не имеет места, а процесс внутренней конверсии является единственным процессом снятия возбуждения ядра.
С g-излучением ядер связано интересное явление, носящее название эффекта Мессбауэра (Мессбауэр, 1958 г.). Эффектом Мессбауэра называется резонансное поглощение g-квантов без отдачи. Этот эффект является ядерным аналогом резонансной флуоресценции в атомной физике.
При испускании ядром g-квант уносит не всю энергию возбуждения Е, так как часть этой энергии Тяд (см. формулу (3.6.3)) идет на отдачу испускающего ядра:
(3.6.12)
Для возбуждения ядра до энергии Е нужно поглотить g-квант с энергией
,
(3.6.13)
так как согласно закону сохранения импульса часть энергия g-кванта превращается в кинетическую энергию движения ядра. В результате энергии испущенного и поглощенного g-квантов не совпадают на величину 2Тяд.
Условие резонансного поглощения может быть записано следующим образом:
Г > 2Тяд,
(3.6.14)
где
Г = ћ/τ
(3.6.15)
– т.н. естественная ширина линии, определяемая из соотношения неопределнностей (1.7.1). Чем меньше среднее время τ жизни ядра в данном возбужденном состоянии, тем больше неопределенность в значении энергии возбужденного состояния, тем более вероятно выполнение условия (3.6.15).
Рассмотрим в качестве примера ядро 129Ir, находящегося в возбужденном состоянии с энергией перехода 129 кэВ и средним временем жизни τ ≈ 10-10с. Расчет по формуле (3.6.15) дает
(3.6.16)
Энергия отдачи ядра определим по формуле(3.6.3):
(3.6.17)
