Übergänge zwischen angeregten Zuständen (oder angeregten Zuständen und dem Grundzustand) eines Nuklids führen zur Emission von Gammaquanten. Diese kann man nach ihrer Multipolarität klassifizieren.[1] Es gibt zwei Arten: Elektrische und magnetische Multipolstrahlung (beides sind elektromagnetische Strahlung).
Elektrische Dipol-, Quadrupol-, Oktupolstrahlung (allgemein: 2ℓ-Polstrahlung) nennt man auch E1-, E2-, E3-Strahlung (allgemein: Eℓ-Strahlung).
Analog wird magnetische Dipol-, Quadrupol-, Oktupolstrahlung (allgemein: 2ℓ-Polstrahlung) auch als M1-, M2-, M3-Polstrahlung (allgemein: Mℓ-Strahlung) bezeichnet (siehe auch: hertzscher Dipol).
Monopolstrahlung (Fehler beim Parsen (MathML mit SVG- oder PNG-Rückgriff (empfohlen für moderne Browser und Barrierefreiheitswerkzeuge): Ungültige Antwort („Math extension cannot connect to Restbase.“) von Server „https://wikimedia.org/api/rest_v1/“:): \ell = 0 ) gibt es nicht.[1]
In der Quantenmechanik ist der Drehimpuls quantisiert. Die verschiedenen Multipolfelder haben verschiedene Werte des Drehimpulses: Eℓ-Strahlung hat einen Drehimpuls Fehler beim Parsen (MathML mit SVG- oder PNG-Rückgriff (empfohlen für moderne Browser und Barrierefreiheitswerkzeuge): Ungültige Antwort („Math extension cannot connect to Restbase.“) von Server „https://wikimedia.org/api/rest_v1/“:): \ell in Einheiten von Fehler beim Parsen (MathML mit SVG- oder PNG-Rückgriff (empfohlen für moderne Browser und Barrierefreiheitswerkzeuge): Ungültige Antwort („Math extension cannot connect to Restbase.“) von Server „https://wikimedia.org/api/rest_v1/“:): \hbar ; analog hat Mℓ-Strahlung einen Drehimpuls $ \ell $ in Einheiten von Fehler beim Parsen (MathML mit SVG- oder PNG-Rückgriff (empfohlen für moderne Browser und Barrierefreiheitswerkzeuge): Ungültige Antwort („Math extension cannot connect to Restbase.“) von Server „https://wikimedia.org/api/rest_v1/“:): \hbar . Das Gesetz der Drehimpulserhaltung führt zu Auswahlregeln, d. h. zu Regeln, welche Multipolstrahlung in konkreten Übergängen stattfinden kann oder nicht.
Ein einfacher klassischer Vergleich: betrachte die Abbildung des oszillierenden elektrischen Dipols. Er erzeugt nach außen wandernde elektrische und magnetische Feldlinien, die durch die maxwellschen Gleichungen gekoppelt sind. Dieses System von Feldlinien ist dann das der E1-Strahlung. Ähnliche Überlegungen gelten für oszillierende elektrische oder magnetische Multipolfelder höherer Ordnung.
Anderseits ist es plausibel, dass die Multipolarität der Strahlung aus der Winkelverteilung der emittierten Strahlung erschlossen werden kann.
Der Quantenzustand eines Nuklids wird beschrieben durch seine Energie über dem Grundzustand, durch seinen Drehimpuls Fehler beim Parsen (MathML mit SVG- oder PNG-Rückgriff (empfohlen für moderne Browser und Barrierefreiheitswerkzeuge): Ungültige Antwort („Math extension cannot connect to Restbase.“) von Server „https://wikimedia.org/api/rest_v1/“:): J und durch seine Parität, d. h., durch sein Verhalten bei Raumspiegelung (positiv + oder negativ −). Da der Spin eines Nukleons 1/2 und der Bahndrehimpuls ganzzahlig ist, kann Fehler beim Parsen (MathML mit SVG- oder PNG-Rückgriff (empfohlen für moderne Browser und Barrierefreiheitswerkzeuge): Ungültige Antwort („Math extension cannot connect to Restbase.“) von Server „https://wikimedia.org/api/rest_v1/“:): J ganzzahlig oder halbzahlig sein (in Einheiten von Fehler beim Parsen (MathML mit SVG- oder PNG-Rückgriff (empfohlen für moderne Browser und Barrierefreiheitswerkzeuge): Ungültige Antwort („Math extension cannot connect to Restbase.“) von Server „https://wikimedia.org/api/rest_v1/“:): \hbar ).
Elektrische und magnetische Multipolstrahlung derselben Ordnung Fehler beim Parsen (MathML mit SVG- oder PNG-Rückgriff (empfohlen für moderne Browser und Barrierefreiheitswerkzeuge): Ungültige Antwort („Math extension cannot connect to Restbase.“) von Server „https://wikimedia.org/api/rest_v1/“:): \ell , d. h. Dipol- oder Quadrupol-Strahlung, haben den gleichen Bahndrehimpuls $ \ell $ (in Einheiten von Fehler beim Parsen (MathML mit SVG- oder PNG-Rückgriff (empfohlen für moderne Browser und Barrierefreiheitswerkzeuge): Ungültige Antwort („Math extension cannot connect to Restbase.“) von Server „https://wikimedia.org/api/rest_v1/“:): \hbar ), aber verschiedene Parität. Die folgenden Beziehungen gelten für Fehler beim Parsen (MathML mit SVG- oder PNG-Rückgriff (empfohlen für moderne Browser und Barrierefreiheitswerkzeuge): Ungültige Antwort („Math extension cannot connect to Restbase.“) von Server „https://wikimedia.org/api/rest_v1/“:): \ell > 0 :[1]
Die Bezeichnung „elektrische Multipolstrahlung“ ist passend, da der Hauptteil dieser Strahlung durch die Ladungsdichte in der Quelle erzeugt wird; die „magnetische Multipolstrahlung“ anderseits beruht hauptsächlich auf der Stromdichte in der Quelle.[1]
Ein Beispiel: in dem vereinfachten Zerfallschema von 60Co oben sind die Drehimpulse und Paritäten der verschiedenen Zustände angegeben (Plus bedeutet positive Parität, Minus bedeutet negative Parität). Betrachte den 1,33-MeV-Übergang zum Grundzustand. Der muss offenbar einen Drehimpuls von 2 haben, ohne Änderung der Parität. Er ist also ein E2-Übergang. Der 1,17-MeV-Übergang erfordert eine etwas kompliziertere Überlegung: beim Übergang von Fehler beim Parsen (MathML mit SVG- oder PNG-Rückgriff (empfohlen für moderne Browser und Barrierefreiheitswerkzeuge): Ungültige Antwort („Math extension cannot connect to Restbase.“) von Server „https://wikimedia.org/api/rest_v1/“:): J = 4 nach Fehler beim Parsen (MathML mit SVG- oder PNG-Rückgriff (empfohlen für moderne Browser und Barrierefreiheitswerkzeuge): Ungültige Antwort („Math extension cannot connect to Restbase.“) von Server „https://wikimedia.org/api/rest_v1/“:): J = 2 könnten alle Drehimpulse zwischen 2 und 6 emittiert werden. In der Praxis sind aber die kleinsten Werte am wahrscheinlichsten; es ist daher auch ein Quadrupolübergang, und zwar E2, da die Parität unverändert bleibt.
