Внутренняя электронная конверсия – явление, наблюдаемое при переходе возбуждённого атомного ядра в состояние с меньшей энергией, когда высвобождаемая энергия не излучается в виде γ–кванта, а передаётся непосредственно одному из электронов того же атома. При этом вместо γ–кванта испускается конверсионный электрон. Электроны могут быть испущены с различных оболочек атома, и соответственно различают К–, L–, М– электроны.

В результате внутренней конверсии испускается электрон, энергия которого E_e определяется соотношением:

где E_K,L,M.. – энергия связи электрона в K–, L–, M–...оболочках.W_яд- энергия ядра.

Конкуренция между излучением и внутренней конверсией характеризуется полным коэффициентом внутренней конверсии α, который равен отношению вероятностей испускания электрона N_e к вероятности испускания кванта N_γ.

где α_K, α_L, α_M,...– парциальные коэффициенты внутренней конверсии для электронов K–, L–, M–...оболочек. Величина коэффициента внутренней конверсии сильно возрастает с увеличением мультипольности перехода и уменьшением его энергии, растет с увеличением заряда ядра. На рисунке 1 показаны теоретически рассчитанные коэффициенты внутренней конверсии.

Расчёты коэффициента внутренней конверсии проводятся методами квантовой теории поля с учётом экранирования заряда ядра электронами других оболочек атома и конечных размеров ядра. Коэффициент внутренней конверсии изменяется в широких пределах в зависимости от энергии и мультипольности ядерного перехода, а также от заряда ядра и от оболочки, на которой происходит внутренняя конверсия. Для переходов между ядерными состояниями со спинами, равными нулю, испускание γ –квантов абсолютно запрещено и переход ядра в таких случаях происходит только путем электронной конверсии.

Процесс внутренней конверсии всегда сопровождается рентгеновским излучением, возникающем при переходе электронов с внешних оболочек атома на освободившиеся в результате конверсии состояния K–, L–, M–...оболочек.

При энергиях ядерных переходов, превышающих удвоенную энергию покоя электрона: E₀ > 2mс² = 1,022 Мэв, может происходить внутренняя конверсия с образованием электронно–позитронных пар (парная конверсия), вероятность которой растет с ростом энергии перехода. Спектры электронов и позитронов парной конверсии непрерывные, причём суммарная кинетическая энергия электрона и позитрона равна: E₀ – 2mс². Частным случаем парной конверсии является внутренняя конверсия с испусканием моноэнергетических позитронов. Она имеет место, когда электрон пары захватывается на какую–либо оболочку того же атома, освободившуюся в результате предшествующего ядерного превращения.

Как показывает теория, коэффициент конверсии сильно зависит от энергии перехода(уменьшается с ростом Е), атомного номера ядра(растет с ростом Z), оболочки из которой выбивается электрон( уменьшается с ростом радиуса оболочки), характера (электрического или магнитного) и мультипольности конкурирующего γ-излучения ( коэффициент конверсии растет с ростом мультипольности γ-излучения). Качественно эти закономерности вытекают из специфики изменения N_γ (т.е вероятности γ-излучения) и N_e, в выражении для коэффицинета внутренней конверсии. Поэтому внутренняя конверсия является одним из основных методов определения мультипольностей переходов и квантовых характеристик (спинов и чётностей) ядерных состояний, энергии – по энергии конверсионных электронов, момента количества движения – по коэффициенту конверсии. Из самого характера явления также следует, что конверсионное излучения сопровождается испусканием характеристического рентгеновского излучения.
 

На рис.2 представлен типичный β-спектр с острыми максимумами, соответствующими испусканию конверсионных электронов. Обычно максимумы конверсионного происхождения отмечаются на кривой β-спектра значками е-.

При внутренней конверсии выбрасывание электрона может происходить и из L-оболочки. Вообще этот процесс значительно менее вероятен, чем конверсия на K-оболочке. Это обусловлено тем, что электроны L-оболочки находятся дальше от ядра. Однако при уменьшении энергии перехода и увеличении заряда ядра длина волны излучения увеличивается, а радиусы K и L оболочек уменьшаются. Это обстоятельство приводит к увеличению отношения коэффициентов внутренней конверсии L и K оболочек. Такое увеличение отношения α_L/ α_K особенно значительно при больших мультипольностях излучения. На рис.3 приведена зависимость α_L/ α_K от отношения Z²/ћω для электрических переходов различной мультипольности. Их этого рисунка следует, что измерение отношения α_L/ α_K может давать указания о мультипольности перехода.