γ跃迁的自然百科

[拼音]：γ yueqian

[外文]：γtransition

又称γ衰变，原子核通过发射γ光子(或称γ射线)从激发态跃迁到较低能态的过程。γ跃迁的性质与跃迁前后能级的性质有关，通过对它的研究，可以了解原子核能级特性及原子核反应机制。

γ光子的能量等于跃迁前后核能级能量之差，在千电子伏到兆电子伏之间。

γ跃迁的多极性

指γ跃迁的电磁性质和辐射的多极级，是γ跃迁的重要特性之一。通常用符号E 表示电跃迁，用符号 M表示磁跃迁。当辐射带走的角动量为L媡时，其多极次为2L，L是角动量量子数，，h为普朗克常数。如L＝1的辐射称为偶极辐射，L＝2的辐射称为四极辐射，L＝3的辐射称为八极辐射，其余类推。符号E1、E2、E3等分别表示电偶极辐射、电四极辐射、电八极辐射等；符号M1、M2、M3等分别表示磁偶极辐射、磁四极辐射、磁八极辐射等。

辐射带走的宇称和角动量量子数的奇偶性相同的为电多极辐射，相反的为磁多极辐射。因此，电多极辐射的宇称为(-1)L，磁多极辐射的宇称为(-1)L+1。

由辐射的角动量和宇称可定出γ跃迁的多极性，反之亦然。研究γ跃迁的重要任务之一是从实验定出γ跃迁的多极性，以检验理论的正确性。

γ跃迁几率

指单位时间内发生γ衰变的几率，是γ跃迁的又一重要性质。

由多极辐射理论，可以得到电2L极辐射的跃迁几率λE(L)和磁2L极辐射的跃迁几率λM(L)的公式如下

其中B(EL)和B(ML)分别是EL跃迁和ML 跃迁的约化跃迁几率，k是γ光子的波数，它与γ光子能量Eγ的关系是：。

由上面公式可见，跃迁能量越大，γ跃迁几率也越大。

实验上可以通过测量γ衰变的半衰期或平均寿命求得γ跃迁几率，以便和理论进行比较。

γ跃迁的选择定则

根据角动量守恒定律，对于自旋为Ii宇称为 πi的始态到自旋为If宇称为πf的末态的γ跃迁，光子带走的角动量量子数L可以取下列数值：

。

根据宇称守恒定律，光子带走的宇称πγ由下式决定

。

另外，关于跃迁几率数量级的比较，有下面三点结论：

（1）同级的电跃迁几率大于磁跃迁几率；

（2）多极级越低，跃迁几率越大；

（3）一般讲，磁2L极的跃迁几率与电2L+1极的跃迁几率有相同的数量级。

由上述角动量守恒和宇称守恒的讨论以及跃迁几率数量级的比较，可以得出始态(Ii，πi)到末态(If，πf)的跃迁选择定则，如表所示。表中ΔI和Δπ分别表示始末态自旋角动量和宇称的变化，括号内的跃迁多极性表示有可能与括号前的跃迁同时出现。 根据跃迁选择定则，可以从始末态的自旋和宇称定出几率最大的跃迁多极性。例如，2+→0+跃迁的多极性为E2，4-→2+跃迁的多极性为M2(E3)。

如果已知跃迁的多极性和始末态中一个能级的自旋和宇称，由选择定则可以推出另一能级的自旋和宇称。不过这样定出的能级自旋一般有两种或三种可能值，需配合其他数据以后，才能肯定其中之一。由实验测得的跃迁多极性推出能级的自旋和宇称，是核谱学的一项重要内容。

另外，如果核初始处于比较高的激发态，由角动量守恒和宇称守恒的讨论及跃迁几率数量级的比较，可知道它往往不能直接跃迁到基态，而要经过一系列的中间态间跃迁，这种多次相联的γ跃迁称为级联γ跃迁。

内转换

同发出γ光子相竞争，原子核从始态跃迁到末态时不发出γ光子，而是通过原子核的电磁场同内壳层电子相互作用，直接把跃迁能量交给内壳层电子，使其发射出来，这种退激过程叫内转换过程，发出的电子叫内转换电子。依照发出电子束自K、L、M等壳层，相应称为K、L、M等转换。

内转换电子的能量E＝Eγ-Be，其中Eγ为核的跃迁能量，Be为该电子的结合能。

在相同始末态之间的跃迁，发出第L壳层内转换电子的几率λe(L)与发出γ射线的几率λγ之比，定义为该壳层内转换系数α(L)

。

如K壳层内转换系数

。

总的内转换系数α为各壳层内转换系数之和

α＝α(K)+α(L)+α(M)+…。

理论分析表明，内转换系数基本上只同跃迁能量、核电荷数Z、跃迁多极性以及内转换电子所在壳层有关，而同核波函数相关的矩阵元无关，因而可以对它进行比较精确的计算。大致说来，Z增大，α增加很快；随着跃迁能量增加，α减小；L大，α也大。因此内转换对重原子核的低能级显得很重要。通过对内转换系数的测量，可以很好地定出跃迁的多极性，从而确定有关能级的自旋和宇称。

参考书目卢希庭主编：《原子核物理》，原子能出版社，北京，1981。P.Marmier and E.Sheldon， Physics of Nuclei andparticles， Academic Press， New York and London，1969. E. Segrè， Nuclei and particles， 2nd ed.， W.A.Benjamin， Reading， Mass.， 1977.