内转换电子

原子核物理

内转换电子即内转换过程中放出来的电子。

内转换电子穆斯堡尔探测系统

用单通道管设计制造的一个测量内转换电子穆斯堡尔谱的探测器。它通过对内转换电子出射角度或y射线入射角度的选择，探测到薄膜样品不同深度（<几百画nm)上的穆斯堡尔谱。实验结果表明，以内转换电子出射角选择探测的穆斯堡尔谱，是深度选择穆斯堡尔测量的一个新途径。

设计思想

ACEMS探测器能在多个不同的出射角度上同时测量内转换电子出射角选择的CEMS，并且也可以选择y射线入射角进行CEMS谱测量，便于两种不同的ACEMS方法探测同一样品时进行比较。此外能够从室温到液氮温度77K连续可调样品的温度，实现变温测量ACEMS谱。基于这些考虑，选择以单通道管(Channeltron)为电子探测元件。单通道管对千电子伏量级的电子探测效率几乎100%。该探测器的探测效率要比电子谱仪或磁谱仪高得多。因此对增丰或不增丰穆斯堡尔核素的样品都可以测量。由于单通道管对X，y射线探测效律很低于（1--3%），暗计数小于1s-1，所以具有很好的信噪比。它有紧凑的尺寸，体积小于10cm3，长度为2一4cm，窗口直径Φlcm，有良好时间分辨率(一100ps)。并且该探测器可以同时对6个不同内转换电子出射角的CEMS谱进行测量，大大节约了测量时间。该探测器可以工作在液氮温度条件下，弥补了CEMS测量中，常用氦流气式正比探测器不能在低温条件下工作的缺点，故可将该探测器用于低温下的积分CEMS或ACEMS谱测量中。在单通道管的通常应用中有两个受限制的因素，一是必须工作在1.3mPa真空度以上，二是探测面积小(ΦIcm)，但对实验来说并非缺点。从样品表面出射的低能内转换电子必须无碰撞地飞行一段距离，才能有效地分辨电子的出射角，从而要求真空度达到1.3mPa以上，这也正好是单通道管的工作环境。其次要准确地分辨电子出射的角分布，每个单通道管的探测面积就不能大。为了提高探测效率，可以用多个单通道管在与样品表面法线成相同角度上环形并联，计数率可以成倍地增加。若将各角度的单通道管全部并联，就是一积分探测器。

样品制备

实验样品是用2mm厚的不锈钢Fe74Cr18Ni8作衬底，密度p==7.91g/cm3。不锈钢片被剪切成直径Φ2.ocm的圆片，用细砂纸将其表面仔细抛光，并用丙酮和无水乙醇清洗。在蒸发台上进行蒸发镀膜，蒸发物质为纯铁丝，其成分为Fe99%，Cr0.l%，Mn0.8%，Ni0.1%，密度7.86g/cm3，分别蒸发镀纯铁膜厚度为20nm和40nm左右。

实验内容

(1)用92.5xl07Bq57Co穆斯堡尔源，y射线垂直入射到样品表面上，从不同内转换电子出射角度探测内转换电子穆斯堡尔谱，探测角度分别为330，570，700和800，单通道管对样品中心张角士80。对一非增丰样品。每条谱线的典型测量时间为48h。对增丰样品可以在8h完成。在图上并比较各谱中不锈钢峰面积与a一Fe峰面积的相对比例，与用蒙特卡罗模拟的结果符合。

(2)改变y射线的入射角度，探测由样品出射的内转换电子穆斯堡尔积分谱。实验分别测量了当y射线入射角为300和700时的积分穆斯堡尔潜。

内转换电子能量及绝对强度计算

介绍γ跃迁的内转换电子能量及绝对强度的计算方法，并以实例说明其具体应用。

内转换电子能量计算

假定原子核跃迁γ射线的能量为Eγ，原子核外i壳层的原子电子结合能为Ei，从原子i壳层发射电子的能量为Eei，根据能量平衡，有Eei=Eγ-Ei，其中i=K，L，M，N……。

不同原子(原子核电荷数Z不同)电子的结合能Ei数据已经系统评价，并汇编成数表。该数表列出了不同核电荷数Z(不同元素)的并对应着K，L，M，N……等壳层的原子电子结合能。

内转换电子绝对强度计算

假定原子核跃迁能量为Eγ的γ射线的发射几率为Pγ，其内转换系数为αi(i=K，L，M，N……壳层)，其内转换电子发射几率(即绝对强度)为Pei，则有Pei=Pγ·αi，其中i=K，L，M，N……。

其中α是总的内转换系数，Pe是总的内转换电子发射几率(绝对强度)。对能量为Eγ的γ跃迁来说，只要知道其γ射线的发射几率Pγ及其内转换系数αi和总的内转换系数α，就可以计算其不同壳层的内转换电子的发射几率Pei以及总的内转换电子发射几率Pe。

内转换系数计算

为了计算内转换电子发射几率Pei和Pe，就必须知道其内转换系数αi和总的内转换系数α。

不同元素的不同原子壳层的内转换系数也已系统评价。它们是以不同元素(原子电荷数)及其跃迁γ射线能量Eγ为函数，给出了跃迁γ射线的多极性M1，M2，M3和M4以及E1，E2，E3，E4等的K，L，M，N……壳层及总的内转换系数的数表和曲线图。有专门计算内转换系数的程序HSICC。该程序是以样条拟合方式，对应其相应γ射线多极性的不同跃迁γ射线的能量Eγ进行计算的，并根据其γ射线多极性和能量Eγ给出不同壳层i的内转换系数αi和总的内转换系数α。

γ射线绝对强度计算

为计算内转换电子的绝对强度，还必须知道其对应γ射线的绝对强度。

放射性核素衰变数据测量中，多数情况下是进行γ射线的相对γ强度测量的。核衰变数据评价中，除给出其相对γ射线的强度外，还通过数据分析和评价给出对应γ射线相对强度的归一化因子。利用其归一化因子可以得到所需的γ射线绝对强度(即母核100次衰变的γ射线发射几率)。

主要计算程序及其工作流程

计算内转换电子能量及其绝对强度可分为3个部分：1)准备，主要是安计算程序要求的格式准备评价核衰变数据库、原子电子结合能数据库和内转换系数数据库；2)计算，首先要计算所需的内转换系数和总的内转换系数以及γ射线绝对强度，然后计算内转换电子能量及其绝对强度；3)输出，将计算结果按所要求的格式列出计算数表并绘制纲图。

应用

以232Th(T1/2=14.05×109a)的衰变数据为例，说明其具体应用。

232Th衰变的相对γ射线强度的归一化因子为1.0，并给出了γ射线的其它相关数据。其中，内转换系数数据是用HSICC程序计算的。

232Th衰变的α,γ射线及其内转换电子的能量和绝对强度数据。对于重核232Th的衰变,其内转换系数比较大，因此，内转换电子的辐射强度也比较大。给出了γ射线的能量、多极性、γ发射几率和总的内转换电子发射几率。从衰变能量平衡即实际应用来看，其内转换电子的计算是相当重要的。

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