M Korsunsky феномен на изомеризам на атомски јадра. Нуклеарен изомеризам

Изомерите се атомски јадра кои имаат ист број на неутрони и протони, но различни физички својства, особено различен полуживот.

Ориз. 6.1. Изомерна γ транзиција во 115 Во јадрото.

Животот на γ-радиоактивни јадра обично е од редот на 10 -12 -10 -17 s. Во некои случаи, кога висок степен на забрана е комбиниран со ниска енергија на γ-транзиција, може да се забележат γ-радиоактивни јадра со животен век од макроскопски редослед (до неколку часа, а понекогаш и повеќе). Ваквите долготрајни возбудени состојби на јадра се нарекуваат изомери . Типичен пример за изомер е индиумскиот изотоп 115 In (сл. 6.1). Основната состојба од 115 In има J P = 9/2 + . Првото возбудено ниво има енергија еднаква на 335 keV и паритет на спин од J P = 1/2 - . Затоа, транзицијата помеѓу овие состојби се случува само преку емисија на M4 γ-квантум. Оваа транзиција е толку силно забранета што полуживотот на возбудената состојба се покажува дека е 4,5 часа.
Феноменот на нуклеарна изомеризам бил откриен во 1921 година од О. Ган, кој открил дека постојат две радиоактивни супстанции кои имаат ист масен број A и атомски број Z, но се разликуваат по полуживот. Подоцна се покажа дека ова е изомерна состојба од 234m Pa. Според Weizsäcker (Naturwiss. 24, 813, 1936), нуклеарниот изомеризам се јавува секогаш кога аголниот импулс на јадрото во возбудена состојба со мала енергија на возбудување се разликува од аголниот моментум во која било состојба со помала енергија на возбудување за неколку единици ћ. Изомерна (метастабилна) состојба беше дефинирана како возбудена состојба со мерлив животен век. Како што се подобруваа експерименталните методи за γ-спектроскопија, мерливиот полуживот падна на 10-12-10-15 s.

Табела 6.1

Возбудени состојби 19 Ф

Државна енергија, keV	Паритет на спин	Пола живот
0.0	1/2+	стабилно
109.894	1/2–	0,591 ns
197.143	5/2+	89,3 ns
1345.67	5/2–	2,86 стр
1458.7	3/2–	62 fs
1554.038	3/2+	3,5 fs
2779.849	9/2+	194 fs
3908.17	3/2+	6 fs
3998.7	7/2–	13 fs
4032.5	9/2–	46 fs
4377.700	7/2+	< 7.6 фс
4549.9	5/2+	< 35 фс
4556.1	3/2–	12 fs
4648	13/2+	2,6 стр
4682.5	5/2–	10,7 fs
5106.6	5/2+	< 21 фс
5337	1/2(+)	≤ 0,07 fs
5418	7/2–	2,6 eV
5463,5	7/2+	≤ 0,18 fs
5500.7	3/2+	4 кеВ
5535	5/2+
5621	5/2–	< 0.9 фс
5938	1/2+
6070	7/2+	1,2 кеВ
6088	3/2–	4 кеВ
6100	9/2–
6160.6	7/2–	3,7 eV
6255	1/2+	8 кеВ
6282	5/2+	2,4 кеВ
6330	7/2+	2,4 кеВ
6429	1/2–	280 keV
6496.7	3/2+

Треба да се очекуваат изомерни состојби каде што нивоата на обвивката кои се блиску едно до друго во енергија значително се разликуваат во вредностите на центрифугата. Токму во овие области се наоѓаат таканаречените „изомерски острови“. Така, присуството на изомер во горенаведениот 115 во изотоп се должи на фактот што му недостига еден протон за да стигне до затворената обвивка Z = 50), т.е. има една протонска „дупка“. Во основната состојба, оваа дупка е во 1g 9/2 подшколка, а во возбудена состојба, во 1p 1/2 подшколка. Оваа ситуација е типична. Островите на изомеризмот се наоѓаат непосредно пред магичните броеви 50, 82 и 126 на страната на помалите Z и N. Така, изомерните состојби се забележани во јадрата 86 Rb (N = 49), 131 Te (N = 79, што е блиску до 82), 199 Hg (Z = 80, што е блиску до 82), итн. Забележете дека, заедно со разгледуваните, постојат и други причини за појава на изомерни состојби. Во моментов, откриени се голем број изомери со полуживот од неколку секунди до 3·10 6 години (210m Bi). Многу изотопи имаат неколку изомерни состојби. Табелата 6.2 ги прикажува параметрите на долготрајните изомери (T 1/2 > година).

Табела 6.2

Параметри на изомерни состојби на атомски јадра

З-ХХ-А	Н	Енергија на изомерната состојба, MeV	ЈП	Т 1/2, G, преваленца	Режими на распаѓање
73-Та-180	107	0.077	9 -	0.012% >1,2·10 15 години
83-Би-210	127	0.271	9 -	3,04·10 6 години	α 100%
75-Re-186	111	0.149	8 +	2 · 10 5 години	ИТ 100%
67-Хо-166	99	0.006	7 -	1,2·10 3 години	β - 100%
47-Аг-108	61	0.109	6 +	418 години	e 91,30%, ИТ 8,70%
77-Ир-192	115	0.168	11 -	241	ИТ 100%
95-242 часот	147	0.049	5 -	141 година	СФ<4.47·10 -9 %, ИТ 99,55%, α 0,45%
50-Sn-121	71	0.006	11/2 -	43,9 години	ИТ 77,60%, β - 22,40%
72-Hf-178	106	2.446	16 +	31 година	ИТ 100%
41-Nb-93	52	0.031	1/2 -	16,13 години	ИТ 100%
48-Cd-113	65	0.264	11/2 -	14,1 години	β - 99,86%, ИТ 0,14%
45-Rh-102	57	0.141	6 +	≈2,9 години	e 99,77%, ИТ 0,23%
99-Es-247	148			625 дена	α

ИСОМЕРИЈА НА АТОМСКИ ЈАДРА, постоење на некои атомски јадра, заедно со основната состојба, на долготрајни (метастабилни) возбудени состојби, наречени изомерни. Историски гледано, состојбите со век на траење што може да се измерат директно (повеќе од 0,01 μs) се сметаат за изомерни. Феноменот на изомеризам се јавува поради острата разлика во структурата на соседните држави (возбудени и заземјени), што доведува до значително намалување на веројатноста за распаѓање на возбудената состојба (понекогаш со многу редови на големина).

Првата индикација за постоењето на нуклеарни изомери е добиена во 1921 година од О. Хан, кој меѓу производите на распаѓање на ураниумот открил радиоактивна супстанца која, со ист атомски број Z и масен број А, имала две сосема различни патишта на радиоактивно распаѓање. Сепак, датумот на откривање на изомеризмот на атомските јадра се смета за 1935 година, кога група советски научници предводени од И.В. Курчатов откриле формирање на три радиоактивни изотопи со различен полуживот при зрачењето на бром со бавни неутрони.

Последователно, се покажа дека овој феномен е доста распространет, веќе се познати неколку стотици изомерни состојби, а некои јадра може да имаат неколку такви состојби. На пример, јадрото на хафниум со A = 175 има 5 состојби со животен век поголем од 0,1 μs.

Незаменлив услов за постоење на изомерна состојба на јадрото е присуството на некаква забрана за радијативни премини од изомерни во состојби со помала енергија. Постојат голем број познати карактеристики на нуклеарната структура што предизвикуваат таква забрана: разликата во аголниот момент (вртење) на изомерната и основната состојба, што доведува до радијативни транзиции со висока повеќеполност, различни ориентации на вртењата во однос на претпочитаната оска во јадрото, различни форми на јадра во двете состојби.

Распаѓањето на изомерните состојби обично е придружено со емисија на електрони или γ кванти, што резултира со формирање на исто јадро, но во состојба со помала енергија. Понекогаш е поверојатно бета распаѓање. Изомерите на тешките елементи може да се распаѓаат преку спонтана фисија. Изомерните состојби на јадрата со голема веројатност за спонтано фисија се нарекуваат фисилни изомери. Познати се околу 30 јадра (изотопи U, Pu, Am, Cm, Bk), за кои веројатноста за спонтана фисија во изомерна состојба е приближно 10 26 пати поголема отколку во главната состојба.

Изомеризмот на атомските јадра е важен извор на информации за структурата на атомските јадра; проучувањето на изомерите помогна да се утврди редоследот на полнење на нуклеарните школки. Врз основа на животниот век на изомерите, може да се суди за вредностите на забраните за радијативни транзиции и нивната поврзаност со нуклеарната структура.

Нуклеарните изомери исто така наоѓаат практична примена. На пример, во анализата за активирање, нивното формирање во некои случаи овозможува да се постигне поголема чувствителност на методот. Долготрајните нуклеарни изомери се сметаат за можни уреди за складирање на енергија во иднина.

Лит.: Корсунски М.И. М., 1954; Polikanov S. M. Изомеризам на обликот на атомските јадра. М., 1977 година.

Историски информации

Концептот за изомеризам на атомските јадра се појавил во 1921 година, кога германскиот физичар О. Хан открил нова радиоактивна супстанција ураниум-З (УЗ), која не се разликувала ниту по хемиски својства, ниту по масен број од веќе познатиот ураниум-Х2 ( UX 2), сепак имаше различен полуживот. Во модерната нотација, UZ и UX 2 одговараат на основната и изомерната состојба на изотопот. Во 1935 година, Б.В.Курчатов, Л.В.Мисовски и Л.И.Русинов открија изомер на вештачкиот изотоп 80 Br, формиран заедно со основната состојба на јадрото за време на апсењето на неутроните. Ова ја постави основата за систематско проучување на овој феномен.

Теоретски информации

Изомерните состојби се разликуваат од обичните возбудени состојби на јадрата по тоа што веројатноста за транзиција кон сите основни состојби за нив е силно потисната од правилата за исклучување на спин и паритет. Особено, транзициите со висока мултиполарност (односно, голема промена на спинот потребна за премин кон основната состојба) и ниска транзициона енергија се потиснати.

Понекогаш појавата на изомери е поврзана со значителна разлика во обликот на јадрото во различни енергетски состојби (како во 180 Hf).

Од најголем интерес се релативно стабилните изомери со полуживот од 10 -6 секунди до многу години. Изомерите се означени со буквата м(од англиски метастабилна) во индексот на масен број (на пример, 80 м Br) или во горниот десен индекс (на пример, 80 Br м). Ако нуклидот има повеќе од една метастабилна возбудена состојба, тие се означени по редослед на зголемување на енергијата со букви м, n, стр, qи понатаму по азбучен ред, или по буква мсо додаден број: м 1, м 2, итн.

Некои примери

Белешки

Литература

1. Л.И. Русинов // Изомеризам на атомски јадра. УФН. 1961. Т. 73. бр. 4. стр. 615-630.
2. E. V. Tkalya. // Индуцирано распаѓање на нуклеарниот изомер 178m2 Hf и „изомерната бомба“. УФН. 2005. T. 175. бр. 5. стр. 555-561.

исто така види

Фондацијата Викимедија. 2010 година.

Погледнете што е „Изомеризам на атомски јадра“ ​​во други речници:

- (од грчкиот isos еднаков, идентичен и meros удел, дел), постоењето на одреден ат. јадра на метастабилни состојби со релативно долг животен век. Некои кај. кернелите имаат неколку. изомерни состојби со различен век на траење. Концептот на „Јас. А.…… Физичка енциклопедија

Феномен кој се состои во постоење на долготрајни возбудени (метастабилни) состојби на атомски јадра. Преминот во невозбудена состојба настанува поради? зрачење или внатрешна конверзија... Голем енциклопедиски речник

Постоење на метастабилни состојби на возбудени состојби со релативно долг животен век во некои атомски јадра (види Атомско јадро). Некои атомски јадра имаат неколку изомерни состојби со различен животен век. Голема советска енциклопедија

Феномен кој се состои во постоење на долготрајни возбудени (метастабилни) состојби на атомски јадра. Транзицијата кон невозбудена состојба се јавува поради γ-зрачење или внатрешна конверзија. * * * ИЗОМЕРИЗАМ НА АТОМСКИ ЈАДРА ИЗОМЕРИЗАМ НА АТОМСКИ ЈАДРА,... ... енциклопедиски речник

Феномен кој се состои во постоење на долготрајни возбудени (метастабилни) состојби на атомски јадра. Преминот во невозбудена состојба настанува поради y)gaia) зрачење или конверзија на внатрешна ... Природна наука. енциклопедиски речник

Постоењето на јадра на одредени нуклиди во метастабилна возбудена енергија. државите. Нуклидите со метастабилни јадра се означени со латинската буква tv top. индекс лево од масовниот број. Така, метастабилниот изомер 236Np е означен како 236mNp. И… Хемиска енциклопедија

Феноменот на вештачки радиоактивни изотопи, извонредно светско откритие (1935) на рускиот научник И.В.

Во сите основни држави, тие се силно потиснати од правилата на забраната за спин и паритет. Особено, транзициите со висока мултиполарност (односно, голема промена на спинот потребна за премин кон основната состојба) и ниска транзициона енергија се потиснати. Понекогаш појавата на изомери е поврзана со значителна разлика во обликот на јадрото во различни енергетски состојби (како во 180 Hf).

Изомерите се означени со буквата м(од англиската метастабилна) во индексот на масовен број (на пример, 80 м Br) или во горниот десен индекс (на пример, 80 Br м). Ако нуклидот има повеќе од една метастабилна возбудена состојба, тие се означени по редослед на зголемување на енергијата со букви м, n, стр, qи понатаму по азбучен ред, или по буква мсо додаден број: м 1, м 2, итн.

Од најголем интерес се релативно стабилните изомери со полуживот од 10 -6 секунди до многу години.

Приказна

Концептот за изомеризам на атомските јадра се појавил во 1921 година, кога германскиот физичар О. Хан, проучувајќи го бета распаѓањето на ториум-234, познат во тоа време како „ураниум-X1“ (UX 1), открил нова радиоактивна супстанција „ураниум“. -Z“ (UZ ), кој не се разликуваше ниту по хемиски својства, ниту по масен број од веќе познатиот „ураниум-X2“ (UX 2), но имаше различен полуживот. Во современите нотации, UZ и UX 2 одговараат на изомерните и основните состојби на изотопот 234 Pa. Во 1935 година, Б.В.Курчатов, Л.В.Мисовски и Л.И.Русинов открија изомер на вештачкиот изотоп 80 Br, формиран заедно со основната состојба на јадрото за време на апсењето на неутроните. Три години подоцна, под водство на И.В. Курчатов, беше утврдено дека изомерната транзиција на бром-80 се јавува главно преку внатрешна конверзија, а не преку емисија на гама зраци. Сето ова ја постави основата за систематско проучување на овој феномен. Теоретски, нуклеарниот изомеризам беше опишан од Карл Вајцекер во 1936 година.

Физички својства

Распаѓањето на изомерните состојби може да се изврши со:

• изомерна транзиција кон основната состојба (со емисија на гама квантум или преку внатрешна конверзија);
• бета распаѓање и фаќање електрони;
• спонтана фисија (за тешки јадра);
• протонско зрачење (за високо возбудени изомери).

Веројатноста за одредена опција за распаѓање е одредена од внатрешната структура на јадрото и неговите енергетски нивоа (како и нивоата на јадра - можни производи на распаѓање).

Во некои области на масовни броеви постојат т.н. острови на изомеризам (во овие области изомерите се особено чести). Овој феномен се објаснува со моделот на нуклеарна обвивка, кој предвидува постоење во непарни јадра на енергетски блиски нуклеарни нивоа со големи разлики во спин кога бројот на протони или неутрони е блиску до магични броеви.

Некои примери

исто така види

Белешки

1. Ото Хан.Über eine neue radioaktive Substanz im Uran (германски) // Berichte der Deutschen Chemischen Gesellschaft (Англиски)руски: списание. - 1921. - Бд. 54, бр. 6. - S. 1131-1142. - DOI:10.1002/cber.19210540602.
2. Д.Е. Албургер. Нуклеарен изомеризам// Handbuch der physik / S. Flügge. - Springer-Verlag, 1957. - T. 42: Kernreaktionen III / Nuclear Reactions III. - П. 1.
3. Ј. В. Курчатов, Б. В. Курчатов, Л. В. Мисовски, Л. И. Русинов. Sur un cas de radioactivité artificielle provoquée par un bombardement de neutrons, sans capture du neutron (француски) // Comptes rendus hebdomadaires des séances de l „Academie des Sciences (Англиски)руски: списание. - 1935. - Ред. 200. - P. 1201-1203.
4. , Со. 617.
5. C. von Weizsäcker. Metastabile Zustände der Atomkerne (англиски) // Naturwissenschaften (Англиски)руски: весник. - 1936. - Ред. 24, бр. 51. - стр. 813-814.
6. Константин Мухин.Егзотична нуклеарна физика за љубопитните (руски) // Наука и живот. - 2017. - бр.4. - стр 96-100.
7. G.Audi et al.Евалуацијата на NUBASE на нуклеарните својства и својствата на распаѓање. Nuclear Physics A, 1997, кн. 624, страница 1-124. Архивирана копија (недефинирано) (недостапна врска). Преземено на 17 март 2008 година.

Други нуклеарни држави. Општо земено, терминот „метастабилен“ обично се применува на состојби со животен век од 10 -9 секунди или повеќе.

Вообичаено, животниот век на овие состојби е многу подолг од наведената граница и може да биде минути, часови и (во еден случај 180 m Ta) приближно 10 15 години.

1. Јадра

Јадрата на нуклеарните изомери се во повисока енергетска состојба од невозбудените јадра, кои се во таканаречената основна состојба. Во возбудена состојба, еден од нуклеоните на јадрото зафаќа нуклеарна орбитала со енергија поголема од слободната орбитала со мала енергија. Овие состојби се слични на состојбите на електроните во атомите.

Друг познат многу стабилен нуклеарен изомер (со полуживот од 31 година) е 178 m2 Hf, кој има најголема енергија на конверзија од сите познати изомери со споредлив животен век. 1 g од овој изомер содржи 1,33 гигаџули енергија, што е еквивалентно на 315 kg ТНТ. Се распаѓа со емитување гама зраци со енергија од 2,45 MeV. Овој материјал се сметаше за способен за стимулирана емисија, а се разгледуваше и можноста за создавање гама ласер врз основа на него. Како кандидати за оваа улога се сметаа и други изомери, но досега, и покрај големите напори, не се забележани позитивни резултати.

4. Апликација

Распаѓањето на изомер како 177m Lu се случува преку каскада од нивоа на нуклеарна енергија и се верува дека може да се користи за создавање експлозиви и извори на енергија кои би биле посилни од традиционалните хемикалии.

5. Процеси на распаѓање

Изомерите преминуваат во пониска енергетска состојба со два главни типа на изомерни транзиции

Изомерите може да се претворат и во други елементи. На пример, 177m Lu може да претрпи бета распаѓање со период од 160,4 дена, претворајќи се во 177, или подлежи на внатрешна конверзија во 177 Lu, што пак претрпува бета распаѓање до 177 Hf со полуживот од 6,68 дена.

Исто така види

6. Референци

1. C. B. Колинси др ал.Депопулација на изомерната состојба 180 Ta m со реакцијата 180 Ta m (γ, γ") 180 Ta / / Физ. Св. В.- T. 37. - (1988) P. 2267-2269. DOI: 10.1103/PhysRevC.37.2267.
2. Д. Белиќи др ал.Фотоактивација на 180 Tam и нејзините импликации за нуклеосинтезата на најретките природни изотопи во природата // Физ. Св. Лет.. - Т. 83. - (1999) (25) стр. 5242. DOI: 10.1103/PhysRevLett.83.5242.
3. „Истражувачите на УНХ бараат стимулирана емисија на гама зраци“. UNH Nuclear Physics Group. 1997. Архив