1. Niveles de energía de los átomos
Los electrones ligados que se mueven alrededor del núcleo tienen determinadas órbitas, y dichas órbitas son discontinuas. Un electrón en cada órbita posible también tiene una cierta cantidad de energía. Por lo tanto, la energía que poseen los electrones en varias órbitas posibles también es discontinua. A estos valores de energía discontinuos los llamamos niveles de energía de los átomos.
El nivel de energía de un átomo suele expresarse en electronvoltios (eV). 1eV es igual al trabajo realizado por un electrón que pasa a través de un campo eléctrico con una diferencia de potencial de 1V.
1 electrón voltio (eV) = 1,602×10-12 ergio
1 kiloelectrón voltio (keV) = 103 electrón voltio (eV)
1 billón de electrones voltio (MeV) = 106 electrón voltio (eV)
Los átomos en estado estable no liberan energía. Cuando los átomos están en estado excitado, los electrones son inestables. Cuando un electrón salta desde un nivel de energía más alto (como WL) lejos del núcleo a un nivel de energía más bajo (como WK) cerca del núcleo, la energía correspondiente cambiará, ΔW=WL-WK, para emitir energía es liberado en forma de fotones (Figura 1-3). Allí
ΔW=hν=WL-WK
En la fórmula: h——Constante de Planck, igual a 6.6261×10-34J·s;
ν ——La frecuencia del fotón;
hν——La energía del fotón.
Figura 1-3 Diagrama esquemático de la emisión electrónica de fotones
Organiza los fotones de varias frecuencias emitidos por un determinado átomo según la longitud de onda (es decir, según la energía) para formar ese espectro de emisión de átomos. El espectro de los átomos es también el espectro de energía de los átomos. Dado que los átomos de diferentes nucleidos tienen diferentes niveles de energía, los átomos de cada nucleido solo pueden emitir líneas espectrales de ciertas longitudes de onda específicas, por lo que cada nucleido tiene su propio espectro atómico único.
2. Nivel de energía nuclear
Los neutrones y protones que forman el núcleo también están en movimiento. Los diferentes estados de movimiento tienen diferentes estados de energía correspondientes. Por tanto, los núcleos atómicos tienen diferentes niveles de energía al igual que los átomos. La distribución de energía en el núcleo también es nivel por nivel, o el núcleo puede estar en varios estados excitados. El estado de energía más bajo de un núcleo se llama "estado fundamental", y el estado de energía superior al estado fundamental se llama "estado excitado". La representación visual se muestra en la Figura 1-4.
Figura 1-4 Diagrama esquemático de los niveles de energía nuclear
Si el estado de movimiento del núcleo atómico está en un cierto nivel de energía del estado excitado, este estado es inestable y A menudo emite fotones. Regresa del estado excitado al estado fundamental. Esto es muy similar a la situación en la que los electrones de los átomos emiten fotones cuando pasan de un estado excitado de nivel de energía más alto a un estado de nivel de energía más bajo. Sin embargo, los fotones emitidos por cambios en el nivel de energía nuclear tienen una longitud de onda muy corta y una gran energía. En física nuclear, estos fotones se denominan fotones gamma o rayos gamma. La colección de fotones gamma de diversas energías emitidos por un determinado núcleo atómico es el espectro de energía gamma de ese núcleo, que se utiliza a menudo en la exploración geofísica radiactiva.