Loading article…
内部転換（略してIC）は、励起された原子核が原子の軌道電子の1つと電磁的に相互作用する原子崩壊過程です。これにより、電子が原子から放出されます。 [ 1 ] [ 2 ]したがって、内部転換では、高エネルギー電子が励起された原子から放出されますが、原子核からは放出されません。このため、内部転換によって生じる高速電子はベータ粒子とは呼ばれません。ベータ粒子は、核崩壊過程で新たに生成されるベータ崩壊から生じるからです。
ガンマ崩壊が起こり得る状況であれば、原子が完全に電離している場合を除き、イオン化崩壊（IC）はいつでも起こり得る。ICでは原子番号は変化しないため、ある元素から別の元素への変換は起こらない。また、ニュートリノや弱い力はICには関与しない。
原子から電子が失われると、電子オーラに空孔が生じ、その後、空いているより低いエネルギー準位に降りてくる他の電子によってその空孔が埋められます。この過程で、特性X線、オージェ電子、またはその両方が放出されます。このようにして、原子は高エネルギー電子とX線光子を放出しますが、これらはいずれも原子核から発生したものではありません。原子は電子を放出するために必要なエネルギーを供給し、それが結果として上記の現象と他の放出を引き起こします。
ICからの一次電子は、特性崩壊エネルギーの一定（大部分）を運ぶため、ベータ粒子に特徴的な広がり（連続）スペクトルではなく、離散的なエネルギースペクトルを持ちます。ベータ粒子のエネルギースペクトルは幅広い山型としてプロットされますが、内部転換電子のエネルギースペクトルは単一の鋭いピークとしてプロットされます（下の例を参照）。
電子の量子モデルでは、電子が原子核内に存在する確率はゼロではない。内部転換では、内殻電子（通常はs電子）の波動関数が原子核に侵入する。このとき、電子は原子核の励起エネルギー状態と結合し、中間的なガンマ線を経由することなく、原子核遷移のエネルギーを直接受け取ることがある。放出される電子の運動エネルギーは、原子核内の遷移エネルギーから電子と原子核との結合エネルギーを差し引いた値に等しい。
ほとんどの内部転換電子はK殻（1s状態）から発生します。これは、これらの2つの電子が原子核内に存在する確率が最も高いためです。しかし、L、M、N殻のs状態（つまり、2s、3s、4s状態）も原子核場と結合し、これらの殻から内部転換電子を放出することができます（L、M、N内部転換と呼ばれます）。さまざまな核種について、K殻と他のL、M、N殻の内部転換確率の比率が作成されています。[ 3 ]
内部転換を起こすためには、s電子の原子結合エネルギーを超える量のエネルギーをその電子に供給して原子から放出させる必要がある。つまり、原子核の崩壊エネルギーが一定の閾値を下回ると、内部転換は起こらない。
s電子は軌道角運動量が大きい電子に比べて核への侵入力が優れているため、内部転換（IC）を起こしやすいが、スペクトル研究によると、p電子（L殻以上の電子）もIC過程で放出されることがある。また、崩壊エネルギーが1s（K殻）電子を変換（放出）するのに十分でない放射性核種もいくつかあり、これらの核種は、結合エネルギーが低いため、L殻、M殻、N殻から電子を放出することによって崩壊しなければならない（つまり、2s、3s、4s電子を放出することによって崩壊する）。
IC電子が放出されると、原子の電子殻（通常は内殻）に空孔が生じます。この空孔は、より上位の電子殻から電子が挿入されることで埋められ、その結果、別の外殻電子がその空孔を埋めるという連鎖反応が起こります。結果として、原子内の残りの電子が空孔を埋めるために連鎖的に下降していく過程で、1つまたは複数の特性X線またはオージェ電子が放出されます。
左側の崩壊図は、203Hgが最大エネルギー214keVの連続ベータスペクトルを生成し、それが娘核203Tlの励起状態につながることを示しています。この状態は非常に速く（2.8× 10⁻¹⁰秒以内） 203Tl の基底状態に崩壊し、279keVのガンマ量子を放出します。
右の図は、磁気スペクトロメータを用いて測定した203Hgの電子スペクトルを示しています。これには、連続ベータ線スペクトルと、内部転換によるK線、L線、M線が含まれています。203TlのK電子の結合エネルギーは85keVであるため、 K線のエネルギーは279 - 85 = 194keVとなります。結合エネルギーが小さいため、L線とM線のエネルギーは高くなります。スペクトロメータのエネルギー分解能が有限であるため、「線」は有限幅のガウス形状になります。
内部転換は、ガンマ線遷移に利用できるエネルギーが小さい場合に優先され、0 + →0 + (すなわち E0) 遷移における主要な脱励起モードでもあります。0 + →0 +遷移は、励起された原子核がスピンゼロかつ正のパリティを持ち、基底状態（陽子と中性子の数が偶数のすべての核種など）に崩壊する場合に発生します。このような場合、角運動量保存則に違反するため、ガンマ線の放出による脱励起は起こりません。したがって、内部転換が優勢になります（2つの光子の同時放出は許容され、電子を放出するのに十分なエネルギーを持たない原子遷移で観測されますが、内部転換の方が速いです）。これはまた、内部転換（その名前とは異なり）が、最初にガンマ線が放出されてから変換されるという2段階のプロセスではないことを示しています。
ICとガンマ崩壊の競合は、内部転換係数という形で定量化され、それは次のように定義される。どこは電子の変換率であり、は、崩壊する原子核から観測されるガンマ線放出率です。例えば、125Teの35keVの励起状態（125Iの崩壊によって生成される）の崩壊では、崩壊の7 %がガンマ線としてエネルギーを放出し、93%が変換電子としてエネルギーを放出します。したがって、125Teのこの励起状態は、Te のIC 係数は。
原子番号（Z）の増加とガンマ線エネルギーの減少に伴い、IC係数は増加する。例えば、Z = 40、60、80の場合の電気双極子（E1）遷移の計算されたIC係数を図に示す。[ 4 ]
放出されるガンマ線のエネルギーは、崩壊する原子核の励起状態間のエネルギー差を正確に表すものです。転換電子の場合、結合エネルギーも考慮する必要があります。転換電子のエネルギーは次のように表されます。、 どこそしてはそれぞれ原子核の初期状態と最終状態におけるエネルギーであり、は電子の結合エネルギーです。
スピンがゼロで励起エネルギーが高い（約 1.022 MeV 以上）原子核も、運動量保存則の制約により（単一の）ガンマ線放出によってエネルギーを放出することはできませんが、対生成によって崩壊するのに十分な崩壊エネルギーを持っています。[ 5 ]このタイプの崩壊では、電子と陽電子が同時に原子から放出され、これら 2 つの生成粒子が反対方向にスピンすることで角運動量保存則が解決されます。
ICは、類似した光電効果と混同してはならない。原子核から放出されたガンマ線が別の原子に当たると、吸収されて明確なエネルギーを持つ光電子が生成されることがある（これはかつて「外部変換」と呼ばれていた）。しかし、ICでは、このプロセスは単一の原子内で起こり、実際の中間ガンマ線は存在しない。
原子核内部からエネルギーが供給されれば、ガンマ線の代わりに内部転換電子（IC電子）が生成されるのと同様に、原子は低エネルギー電子殻のいずれかから電子が欠落している場合、 X線の代わりにオージェ電子を生成することがある。（最初のプロセスが2番目のプロセスを引き起こすこともある。）IC電子と同様に、オージェ電子も離散的なエネルギーを持ち、スペクトルに鋭いエネルギーピークが現れる。
電子捕獲も内殻電子が関与し、この場合、内殻電子は原子核内に保持され（原子番号が変化）、原子（原子核ではない）は励起状態になります。内殻電子を失った原子は、捕獲された電子によって電子雲に空いたエネルギー領域に原子内の高エネルギー電子が落下する際に、 X線放出の連鎖によって緩和します。このような原子は通常、オージェ電子放出も示します。電子捕獲は、ベータ崩壊と同様に、通常、励起された原子核を生じさせ、その後、ガンマ崩壊や内部転換崩壊など、スピン制約によって許容されるいずれかの方法によって、最低核エネルギー状態に緩和する可能性があります。
