Многополярность гамма-излучения - Multipolarity of gamma radiation

Электродипольное излучение. Диполь лежит в плоскости чертежа, направлен вертикально вверх и колеблется с частотой около 1 Гц. Цвет показывает силу распространяющегося наружу поля. Силовые линии магнитного поля перпендикулярны плоскости рисунка.

Переходы между возбужденными состояниями (или возбужденными состояниями и основным состоянием) нуклид привести к выбросу гамма-кванты. Их можно классифицировать по их многополярность.^[1] Есть два вида: электрический и магнитный мультипольное излучение. Каждый из них, будучи электромагнитным излучением, состоит из электрического и магнитного полей.

Мультипольное излучение

Электрический диполь, квадруполь, октуполь… излучение (обычно: 2^{${ displaystyle ell}$}полюсное излучение) также обозначается как E1, E2, E3,… излучение (обычно: E${ displaystyle ell}$ радиация).^{[примечание 1]}

Точно так же магнитный диполь, квадруполь, октуполь… излучение (обычно: 2^{${ displaystyle ell}$}полюсное излучение) обозначается как M1, M2, M3,… излучение (обычно: M${ displaystyle ell}$ радиация).

Нет монопольного излучения (${ displaystyle ell = 0}$).^[1]

В квантовая механика, угловой момент квантуется. Различные мультипольные поля имеют определенные значения углового момента: E${ displaystyle ell}$ излучение несет угловой момент ${ displaystyle ell}$ в единицах ${ displaystyle hbar}$; аналогично M${ displaystyle ell}$ излучение несет угловой момент ${ displaystyle ell}$ в единицах ${ displaystyle hbar}$. В сохранение углового момента приводит к правила отбора, то есть правила, определяющие, какие мультиполы могут или не могут быть испущены в определенных переходах.

Чтобы провести простое классическое сравнение, рассмотрим фигуру колеблющегося диполя. Он создает линии электрического поля, идущие наружу, переплетенные с линиями магнитного поля, согласно Уравнения Максвелла. Тогда эта система силовых линий соответствует системе излучения E1. Аналогичные соображения справедливы для колеблющихся электрических или магнитных мультиполей более высокого порядка.

И наоборот, вполне вероятно, что многополярность излучения может быть определена по угловому распределению испускаемого излучения.

Квантовые числа и правила отбора

Упрощенная схема распада 60Co с указанными угловыми моментами и четностями

А государственный нуклида описывается его энергией над основным состоянием, его угловой момент J (в единицах ${ displaystyle hbar}$), и его паритет, т.е. его поведение при отражении (положительный + или же отрицательный −). Поскольку вращение из нуклоны составляет ½ (в единицах ${ displaystyle hbar}$), а поскольку орбитальный угловой момент имеет целые значения, J может быть целым или полуцелым числом.

Электрические и магнитные мультипольные излучения одного порядка ${ displaystyle ell}$ (т.е. диполь или квадруполь ...) несут одинаковый угловой момент ${ displaystyle ell}$ (в единицах ${ displaystyle hbar}$), но различаются по четности. Для ${ displaystyle ell> 0}$:^[1]

Электрическое мультипольное излучение: четность ${ Displaystyle = + (- 1) ^ { ell}}$:

Здесь электрическое поле имеет четность ${ Displaystyle = - (- 1) ^ { ell}}$, а магнитное поле ${ Displaystyle + (- 1) ^ { ell}}$.

Магнитное мультипольное излучение: четность ${ Displaystyle = - (- 1) ^ { ell +1}}$:

Здесь электрическое поле имеет четность ${ Displaystyle = + (- 1) ^ { ell +1}}$, а магнитное поле ${ Displaystyle - (- 1) ^ { ell +1}}$.

Обозначение "электрический "мультипольное излучение" кажется подходящим, так как большая часть этого излучения создается плотностью заряда в источнике;^[1] наоборот, "магнитный мультипольное излучение »в основном связано с плотностью тока источника.^[1]

В электрическом мультипольном излучении электрическое поле имеет радиальную составляющую; в магнитном мультипольном излучении магнитное поле имеет радиальную составляющую.^[1]

Пример: в упрощенной схеме распада ⁶⁰Co выше показаны угловые моменты и четности различных состояний (знак плюс означает четность, знак минус означает нечетность). Рассмотрим переход 1,33 МэВ в основное состояние. Ясно, что это должно унести угловой момент 2 без изменения четности. Следовательно, это переход E2. Случай перехода 1,17 МэВ немного сложнее: переход от J = От 4 до J = 2, могут быть испущены все значения углового момента от 2 до 6. Но на практике наиболее вероятны наименьшие значения, так что это тоже квадрупольный переход, и это E2, поскольку нет изменения четности.

Смотрите также

• Многополюсное расширение

Примечания

Рекомендации