Kernübergänge

Kernübergänge sind Übergänge zwischen energetischen Zuständen des Atomkerns. Bei einem Übergang wandelt der Kern Energie in andere Formen um oder nimmt Energie auf, sodass er in einen anderen Kernzustand übergeht. Die häufigste Folge ist die Emission eines Gammaquants, also elektromagnetischer Strahlung, die den Energieunterschied zwischen den Zuständen entspricht. Alternativ kann die Energie durch einen internen Übergang auf die Elektronenhülle übertragen werden und dort eine Elektronenausstoßung auslösen; seltener folgt daraus die Bildung eines Elektron-Positron-Paares.

Die Übergänge werden durch Multipolaritäten Eλ und Mλ beschrieben, wobei λ die Ordnung des Übergangs angibt (z. B. E1, M1, E2). Jede Multipolarität bestimmt zulässige Änderungen des Gesamtdrehimpulses J und ggf. die Parität. Elektrische Dipol-, magnetische Dipol- und elektrische Quadrupolübergänge sind die häufigsten. Die Wahrscheinlichkeiten solcher Übergänge werden durch reduzierte Übergangswahrscheinlichkeiten B(Eλ) bzw. B(Mλ) charakterisiert; theoretische Schätzwerte liefern Weisskopf-Einheiten als Orientierungsgrößen.

Experimentell werden Kernübergänge durch Gamma-Spektroskopie, Koinzidenzmessungen und Messungen der Lebensdauer angeregter Zustände untersucht. Die gemessene Gammaenergie entspricht dem Energieabstand der Zustände; die Intensität gibt Hinweise auf die Übergangswahrscheinlichkeit, und die Lebensdauer des angeregten Zustands bestimmt sich aus der Summe aller möglichen Kanäle. Internal conversion Koeffizienten geben an, wie oft der Übergang statt Gammaemission durch Elektronenemission erfolgt.

Kernübergänge sind zentral für die Bestimmung der Kernstruktur, die Bestimmung von Spinzahlen und Paritäten sowie Anwendungen in der Medizin (z. B. Diagnostik mit 99mTc), der Kernmedizin und der astrophysikalischen Nukleosynthese. Bekannte Beispiele sind die 1,17 MeV- und 1,33 MeV-Linien des 60Co oder der 140 keV-Übergang von 99mTc.