Eine Suche nach Doppelbeta-Zerfaellen von Cadmium-, Zink- und ...

B. Theoretische Grundlagen des Doppelbeta-Zerfalls
Übergangswahrscheinlichkeit, die innerhalb der Quantenelektrodynamik berechnet werden
kann, emittiert. Aus der Entwicklung der quantisierten elektromagnetischen Felder
der Kernkonfigurationen nach Multipolen resultieren Auswahlregeln, die Übergänge zwischen
Kernzuständen mit Spin Ii = 0 verbieten, da keine entsprechende Multipolordnung
l = I1 − I2 = 0 existiert.
Bei der inneren Konversion überträgt der Kernzustand die Anregungsenergie durch die
Coulomb-Wechselwirkung direkt auf ein kernnahes Hüllenelektron, das emittiert wird.
Dessen Energie ergibt sich aus der Differenz der übertragenen Anregungsenergie und
seiner Bindungsenergie. Der Konversionskoeffizient
α =
# innere Konversion
# γ − Emission
(B.31)
charakterisiert das Verhältnis der beschriebenen Alternativprozesse bei der Abregung
eines Kerns unter elektromagnetischer Wechselwirkung. Für Kerne hoher Ladungszahl
Z und Anregungsenergie E ∗ gilt bei elektrischen Übergängen für die Konkurrenzprozesse
aus der K-Schale [45]:
αK ≈ Z 3
e 2
¯hc
4
l
l + 1
2mec 2
E ∗
l+ 5
2
. (B.32)
Hier bezeichnen ¯h = h/2π die Plancksche Konstante, e die Elementarladung, c die Geschwindigkeit
des Lichtes und me die Ruhemasse des Elektrons. Es ist erkennbar, dass
die innere Konversion mit Z und l stark zunimmt, mit wachsendem E ∗ abnimmt. Für
die Tochternuklide der untersuchten Doppelbeta-Zerfälle sind im Allgemeinen elektrische
Multipolübergänge (2 + → 0 + ) der Ordnung l = 2 möglich und die errechneten Konversionskoeffizienten
betragen O(10 −8 ). Deshalb ist der Prozess der inneren Konversion nur
für verbotene Übergange der γ-Strahlung von Bedeutung und die evaluierten Werte der
Konversionskoeffizienten werden an gegebener Stelle, wenn bekannt, angegeben.
B.5.2. Wechselwirkungen ionisierender Strahlung mit Materie
In Folge der Doppelbeta-Zerfälle propagieren Photonen, Elektronen und Positronen
durch den Aufbau der Detektoren und treten mit ihnen in Wechselwirkung. Nachfolgend
werden die einzelnen physikalischen Prozesse erläutert und die Modelle beschrieben, die
zu deren Simulation in VENOM implementiert sind [31]. Die Wechselwirkungen können
folgendermaßen klassifiziert werden:
• Photonen: Photoelektrischer Effekt, inkohärente Streuung und Paarbildungseffekt,
• Elektronen und Positronen: Ionisation, Bremsstrahlung und Vielfachstreuung, Positronen
in der Paarvernichtung.
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