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2026-01-16T12:40:31Z

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{{Dieser Artikel|behandelt die kernphysikalische Zerfallsart. Zum photochemischen Effekt siehe [[innere Umwandlung]].}}

Als '''innere Konversion''' (engl. {{lang|en|''internal conversion''}}, '''IC''') wird in der Physik ein besonderer Fall der [[Radioaktivität]] bezeichnet. Er tritt bei [[Atomkern]]en in einem [[Angeregter Zustand|angeregten Zustand]] auf und ist neben dem [[Gammazerfall]] eine Möglichkeit, den angeregten Zustand zu verlassen. Allerdings wird kein Gammaquant emittiert, sondern ein Hüllenelektron, auf das die Energie übertragen wurde. Die Energie, die beim Übergang des Kerns in einen niedrigeren Anregungszustand frei wird, geht dabei durch direkte [[elektromagnetische Wechselwirkung]] auf ein [[Elektronenhülle|Hüllenelektron]] (das „Konversionselektron“) über. Das Elektron verlässt das Atom mit der übertragenen Energie, verringert um seine Bindungsenergie. Dadurch hat das Elektron je nach Schale, aus der es stammt, unterschiedliche Energien.

Die betroffene Schale wird durch Aufrücken von Hüllenelektronen aus höheren Schalen wieder aufgefüllt. Die dabei freiwerdende Bindungsenergie wird entweder als [[charakteristische Röntgenstrahlung]] oder durch den Ausstoß von [[Auger-Effekt|Augerelektronen]] abgegeben. In beiden Fällen verbleibt das Atom erst einmal als (einfach oder zweifach) positiv geladenes [[Ion]].

== Art der Wechselwirkung ==
Es handelt sich bei der inneren Konversion nicht um einen zweistufigen Vorgang, bei dem der Kern zunächst ein Gammaquant abstrahlt und dieses anschließend durch Stoß die Energie an ein Hüllenelektron weitergibt. Das zeigt sich experimentell darin, dass Konversionselektronen auch bei Übergängen beobachtet werden, bei denen wegen der Drehimpulserhaltung Gamma-Emission nicht möglich („verboten“) ist. Beispiele sind die [[Magische Zahl (Physik)|doppelt magischen]] Nuklide Sauerstoff-16 und Calcium-40, bei denen der erste angeregte Zustand ebenso wie der [[Grundzustand]] den [[Kernspin]] Null und positive [[Parität (Physik)|Parität]] hat, so dass kein Gammaquant emittiert werden kann.<ref>Bernard L. Cohen: ''Concepts of Nuclear Physics.'' McGraw-Hill, New York u. a. 1971, S. 298.</ref>

== Energiespektrum der Konversionselektronen ==
{{Mehrere Bilder
| align = right
| Richtung = horizontal
| Breite1 = 216
| Bild1 = Decay scheme of 203Hg-1.png
| Untertitel1 = Zerfallsschema von 203Hg: '''β−'''-Zerfall mit 214 keV und '''γ'''-Zerfall mit 279 keV
| Breite2 = 330
| Bild2 = Electron spectrum of 203Hg.png
| Untertitel2 = Elektronenspektrum von 203Hg (Wapstra et al., Physics 20 (1954) 169)
}}
Die kinetische Energie ''E''e des emittierten Konversionselektrons ist die Differenz aus der vom Kern übertragenen Energie ''E''γ und der ursprünglichen Bindungsenergie ''E''B,Schale des ausgestoßenen Hüllenelektrons entsprechend seiner Schale:

:<math>E_\mathrm{e} = E_\gamma - E_\mathrm{B,Schale}</math>   mit Schale = K, L, M, …

Die Konversionselektronen zeigen somit, anders als Elektronen aus dem [[Betazerfall]], ein Linienspektrum mit mehreren diskreten Linien. Je nachdem, ob das Elektron in der K-, L- usw. Schale gebunden war, spricht man von K-, L- usw. -Konversion.

=== Beispiel: 203Hg ===

Wie man aus dem [[Zerfallsschema]] rechts sieht, zerfällt 203Hg in zwei Stufen: Zuerst ein Beta-Zerfall in einen angeregten Kern, anschließend gibt der Kern seine verbleibende Energie normalerweise als Gamma-Quant ab. Der Beta-Zerfall erzeugt ein kontinuierliches [[Betaspektrum]] mit einer Maximalenergie von 214 keV und führt zu einem angeregten Zustand des Tochterkerns 203Tl. Dieser zerfällt in 2,8·10−10 s durch Emission eines Gammaquants von 279 keV zum Grundzustand des 203Tl.

:<math>
\begin{array}{lllll}
{}^{203}_{80} \mathrm {Hg} & \to & {}^{203}_{81} \mathrm {Tl}^{*+} + \mathrm{e}^- \mathrm + \ \overline{\nu}_e & ,\ \Delta E = \mathrm {214\,keV}, & \mathrm {(\beta^-) \ \ und } \\
{}^{203}_{81} \mathrm {Tl}^* & \to & {}^{203}_{81} \mathrm {Tl}^+ + \mathrm{e}^- & ,\ \Delta E = \mathrm {279\,keV}, & \mathrm {(IC) \ \ oder} \\
{}^{203}_{81} \mathrm {Tl}^* & \to & {}^{203}_{81} \mathrm {Tl}\ \ + \gamma & ,\ \Delta E = \mathrm {279\,keV}, & \mathrm {(IT). } \\
\end{array}
</math>

Das mit Hilfe eines magnetischen [[Spektrometer]]s gemessene Elektronenspektrum ist rechts zu sehen. Es zeigt einerseits das kontinuierliche [[Betaspektrum]], anderseits die K-, L- und M-Linien der inneren Konversion. Da die Bindungsenergie der K-Elektronen im 203Tl etwa 85 keV beträgt, liegt die K-Linie bei 279 keV – 85 keV = 194 keV; die L- und M-Linien liegen wegen der geringeren zu überwindenden Bindungsenergie bei 258 keV bzw. 270 keV . Wegen der begrenzten [[Auflösung (Physik)|Energieauflösung]] des Spektrometers sind die L- und M-Linie nicht getrennt, sondern nur an der asymmetrischen Kurvenform des [[Peak]]s erkennbar.

== Zerfallswahrscheinlichkeit ==
[[Datei:IntConvE0.jpg|mini|Konversionskoeffizienten für E0-Übergänge für ''Z'' = 40, 60, and 80 nach den Tabellen von Sliv und Band<ref name="Sliv" />, als Funktion der Übergangsenergie]]
Da die innere Konversion alternativ zur Gamma-Emission auftritt, ist die gesamte [[Zerfallswahrscheinlichkeit]] <math>\lambda</math> des anfänglichen Kernzustands pro Zeitspanne die Summe aus den beiden Einzelwahrscheinlichkeiten:

:<math>\lambda = \lambda_\gamma + \lambda_\mathrm{e}</math>

Das Verhältnis <math>\lambda_\mathrm{e}/\lambda_\gamma</math> heißt '''Konversionskoeffizient'''. Wie das Bild zeigt, nimmt er mit steigender Kernladungszahl ''Z'' und abnehmender Energie zu.<ref name="Sliv">{{Literatur |Autor=L. A. Sliv, I. M. Band |Hrsg=Kai Siegbahn |Titel=Table of Internal Conversion Coefficients |Sammelwerk=Alpha-, beta-and gamma-ray spectroscopy |Band=Vol. 2 |Verlag=North-Holland Publishing |Datum=1966 |Kapitel=Appendix 5 |Seiten=1639-1672}}</ref>

Wie der [[Elektroneneinfang]] wird auch die innere Konversion im Allgemeinen als eine Art der [[Radioaktivität]] betrachtet. Jedoch hängt ihre Wahrscheinlichkeit neben den inneren Eigenschaften des angeregten Kerns auch von Verhältnissen der Hülle ab, nämlich der [[Aufenthaltswahrscheinlichkeit]] der Elektronen am Ort des Kerns. Die Halbwertszeit kann daher durch Änderung der [[Chemische Bindung|chemischen Bindung]] des Atoms beeinflusst werden. Experimentell wurden Veränderungen bis zur Größenordnung Prozent beobachtet.<ref>{{Literatur |Autor=G T Emery |Titel=Perturbation of Nuclear Decay Rates |Sammelwerk=Annual Review of Nuclear Science |Band=22 |Nummer=1 |Datum=1972 |Seiten=165–202 |DOI=10.1146/annurev.ns.22.120172.001121}}</ref>

== Literatur ==
{{Siehe auch|Kernphysik|Radioaktivität}}

== Einzelnachweise ==
<references />{{Normdaten|TYP=s|GND=4161803-8|LCCN=sh85067341}}
[[Kategorie:Radioaktivität]]
[[Kategorie:Atomphysik]]
[[Kategorie:Kernphysik]]

Innere Konversion - Versionsgeschichte

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