Isomer ialah nukleus atom yang mempunyai bilangan neutron dan proton yang sama, tetapi sifat fizikal yang berbeza, khususnya separuh hayat yang berbeza.
nasi. 6.1. Peralihan γ isomer dalam nukleus 115 In.
Jangka hayat nukleus γ-radioaktif biasanya mengikut urutan 10 -12 –10 -17 s. Dalam sesetengah kes, apabila tahap larangan yang tinggi digabungkan dengan tenaga rendah peralihan γ, nukleus radioaktif γ dengan susunan makroskopik jangka hayat (sehingga beberapa jam, dan kadangkala lebih) boleh diperhatikan. Keadaan teruja nukleus yang berumur panjang itu dipanggil isomer
.
Contoh tipikal isomer ialah isotop indium 115 In (Rajah 6.1). Keadaan dasar 115 In mempunyai J P = 9/2 + . Tahap teruja pertama mempunyai tenaga bersamaan dengan 335 keV dan pariti putaran J P = 1/2 - . Oleh itu, peralihan antara keadaan ini berlaku hanya melalui pelepasan M4 γ-kuantum. Peralihan ini sangat dilarang sehingga separuh hayat keadaan teruja ternyata menjadi 4.5 jam.
Fenomena isomerisme nuklear ditemui pada tahun 1921 oleh O. Gann, yang mendapati terdapat dua bahan radioaktif yang mempunyai nombor jisim A dan nombor atom Z yang sama, tetapi berbeza dalam separuh hayat. Ia kemudiannya ditunjukkan bahawa ini adalah keadaan isomer 234m Pa. Menurut Weizsäcker (Naturwiss. 24, 813, 1936), isomerisme nuklear berlaku apabila momentum sudut nukleus dalam keadaan teruja dengan tenaga pengujaan rendah berbeza daripada momentum sudut dalam mana-mana keadaan yang mempunyai tenaga pengujaan yang lebih rendah oleh beberapa unit ћ. Keadaan isomer (metastabil) ditakrifkan sebagai keadaan teruja dengan jangka hayat yang boleh diukur. Apabila kaedah eksperimen untuk spektroskopi γ bertambah baik, separuh hayat boleh diukur menurun kepada 10 -12 -10 -15 s.
Jadual 6.1
Negeri teruja 19 F
| Nyatakan tenaga, keV | Pariti putaran | Separuh hayat |
|---|---|---|
| 0.0 | 1/2+ | stabil |
| 109.894 | 1/2– | 0.591 ns |
| 197.143 | 5/2+ | 89.3 ns |
| 1345.67 | 5/2– | 2.86 ms |
| 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 ms |
| 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 keV |
| 5535 | 5/2+ | |
| 5621 | 5/2– | < 0.9 фс |
| 5938 | 1/2+ | |
| 6070 | 7/2+ | 1.2 keV |
| 6088 | 3/2– | 4 keV |
| 6100 | 9/2– |
|
| 6160.6 | 7/2– | 3.7 eV |
| 6255 | 1/2+ | 8 keV |
| 6282 | 5/2+ | 2.4 keV |
| 6330 | 7/2+ | 2.4 keV |
| 6429 | 1/2– | 280 keV |
| 6496.7 | 3/2+ |
Keadaan isomer harus dijangkakan di mana tahap cengkerang yang berdekatan antara satu sama lain dalam tenaga berbeza jauh dalam nilai putaran. Di kawasan inilah yang dipanggil "pulau isomerisme" terletak. Oleh itu, kehadiran isomer dalam isotop 115 In di atas adalah disebabkan oleh fakta bahawa ia kekurangan satu proton untuk mencapai cengkerang tertutup Z = 50), iaitu, terdapat satu "lubang" proton. Dalam keadaan dasar, lubang ini berada dalam subkulit 1g 9/2, dan dalam keadaan teruja, dalam subkulit 1p 1/2. Keadaan ini adalah tipikal. Pulau isomerisme terletak sejurus sebelum nombor ajaib 50, 82 dan 126 pada sisi Z dan N yang lebih kecil. Oleh itu, keadaan isomer diperhatikan dalam nukleus 86 Rb (N = 49), 131 Te (N = 79, iaitu hampir 82), 199 Hg ( Z = 80, iaitu hampir 82), dsb. Ambil perhatian bahawa, bersama-sama dengan yang dipertimbangkan, terdapat sebab lain untuk kemunculan keadaan isomer. Pada masa ini, sejumlah besar isomer telah ditemui dengan separuh hayat dari beberapa saat hingga 3·10 6 tahun (210m Bi). Banyak isotop mempunyai beberapa keadaan isomer. Jadual 6.2 menunjukkan parameter isomer tahan lama (T 1/2 > tahun).
Jadual 6.2
Parameter keadaan isomer nukleus atom
| Z-XX-A | N | Tenaga keadaan isomer, MeV | JP | T 1/2, G, kelaziman | Mod pereputan |
|---|---|---|---|---|---|
| 73-Ta-180 | 107 | 0.077 | 9 - |
0.012% >1.2·10 15 tahun |
|
| 83-Bi-210 | 127 | 0.271 | 9 - | 3.04·10 6 tahun | α 100% |
| 75-Re-186 | 111 | 0.149 | 8 + | 2·10 5 tahun | IT 100% |
| 67-Ho-166 | 99 | 0.006 | 7 - | 1.2·10 3 tahun | β - 100% |
| 47-Ag-108 | 61 | 0.109 | 6 + | 418 tahun | e 91.30%, IT 8.70% |
| 77-Ir-192 | 115 | 0.168 | 11 - | 241 | IT 100% |
| 95-Am-242 | 147 | 0.049 | 5 - | 141 tahun | SF<4.47·10 -9 %, IT 99.55%, α 0.45% |
| 50-Sn-121 | 71 | 0.006 | 11/2 - | 43.9 tahun | IT 77.60%, β - 22.40% |
| 72-Hf-178 | 106 | 2.446 | 16 + | 31 tahun | IT 100% |
| 41-Nb-93 | 52 | 0.031 | 1/2 - | 16.13 tahun | IT 100% |
| 48-Cd-113 | 65 | 0.264 | 11/2 - | 14.1 tahun | β - 99.86%, IT 0.14% |
| 45-Rh-102 | 57 | 0.141 | 6 + | ≈2.9 tahun | e 99.77%, IT 0.23% |
| 99-Es-247 | 148 | 625 hari | α |
ISOMERIA NUKLEI ATOM, kewujudan beberapa nukleus atom, bersama-sama dengan keadaan dasar, keadaan teruja yang berumur panjang (metastabil), dipanggil isomer. Dari segi sejarah, keadaan dengan jangka hayat yang boleh diukur secara langsung (lebih daripada 0.01 μs) dianggap sebagai isomer. Fenomena isomerisme timbul disebabkan oleh perbezaan mendadak dalam struktur keadaan jiran (teruja dan tanah), yang membawa kepada penurunan ketara dalam kebarangkalian pereputan keadaan teruja (kadang-kadang dengan banyak pesanan magnitud).
Petunjuk pertama kewujudan isomer nuklear diperoleh pada tahun 1921 oleh O. Hahn, yang menemui antara produk pereputan uranium bahan radioaktif yang, dengan nombor atom Z dan nombor jisim A yang sama, mempunyai dua laluan pereputan radioaktif yang berbeza sama sekali. Walau bagaimanapun, tarikh penemuan isomerisme nukleus atom dianggap pada tahun 1935, apabila sekumpulan saintis Soviet yang diketuai oleh I.V Kurchatov menemui pembentukan tiga isotop radioaktif dengan separuh hayat yang berbeza apabila menyinari bromin dengan neutron perlahan.
Selepas itu, ternyata fenomena ini agak meluas beberapa ratus keadaan isomer telah diketahui, dan beberapa nukleus mungkin mempunyai beberapa keadaan sedemikian. Sebagai contoh, nukleus hafnium dengan A = 175 mempunyai 5 keadaan dengan jangka hayat lebih daripada 0.1 μs.
Syarat yang sangat diperlukan untuk kewujudan keadaan isomerik nukleus adalah kehadiran beberapa jenis larangan untuk peralihan sinaran daripada isomerik kepada keadaan dengan tenaga yang lebih rendah. Terdapat beberapa ciri struktur nuklear yang diketahui yang menyebabkan larangan sedemikian: perbezaan momenta sudut (putaran) keadaan isomer dan tanah, yang membawa kepada peralihan sinaran berbilang kutub tinggi, orientasi putaran yang berbeza berbanding dengan paksi pilihan dalam nukleus, bentuk nukleus yang berbeza di kedua-dua keadaan.
Pereputan keadaan isomerik biasanya disertai dengan pelepasan elektron atau γ quanta, mengakibatkan pembentukan nukleus yang sama, tetapi dalam keadaan dengan tenaga yang lebih rendah. Kadangkala pereputan beta lebih berkemungkinan. Isomer unsur berat boleh mereput melalui pembelahan spontan. Keadaan isomer nukleus dengan kebarangkalian tinggi pembelahan spontan dipanggil isomer fisil. Kira-kira 30 nukleus diketahui (isotop U, Pu, Am, Cm, Bk), yang mana kebarangkalian pembelahan spontan dalam keadaan isomer adalah lebih kurang 10 26 kali lebih besar daripada keadaan utama.
Isomerisme nukleus atom ialah sumber maklumat penting tentang struktur nukleus atom; kajian isomer membantu mewujudkan susunan pengisian cengkerang nuklear. Berdasarkan jangka hayat isomer, seseorang boleh menilai nilai larangan untuk peralihan sinaran dan hubungannya dengan struktur nuklear.
Isomer nuklear juga menemui aplikasi praktikal. Sebagai contoh, dalam analisis pengaktifan, pembentukan mereka dalam beberapa kes memungkinkan untuk mencapai kepekaan yang lebih besar terhadap kaedah tersebut. Isomer nuklear tahan lama dianggap sebagai peranti penyimpanan tenaga yang mungkin pada masa hadapan.
Lit.: Korsunsky M.I. Isomerisme nukleus atom. M., 1954; Polikanov S. M. Isomerisme bentuk nukleus atom. M., 1977.
Maklumat sejarah
Konsep isomerisme nukleus atom timbul pada tahun 1921, apabila ahli fizik Jerman O. Hahn menemui bahan radioaktif baru uranium-Z (UZ), yang tidak berbeza sama ada dalam sifat kimia atau dalam nombor jisim daripada uranium-X2 yang telah diketahui ( UX 2), walau bagaimanapun mempunyai separuh hayat yang berbeza. Dalam tatatanda moden, UZ dan UX 2 sepadan dengan keadaan tanah dan isomer isotop. Pada tahun 1935, B.V. Kurchatov, I.V. Kurchatov, L.V. Ini meletakkan asas untuk kajian sistematik tentang fenomena ini.
Maklumat teori
Keadaan isomer berbeza daripada keadaan teruja biasa nukleus kerana kebarangkalian peralihan kepada semua keadaan asas baginya ditindas dengan kuat oleh peraturan pengecualian putaran dan pariti. Khususnya, peralihan dengan multipolariti tinggi (iaitu, perubahan putaran besar yang diperlukan untuk peralihan kepada keadaan asas) dan tenaga peralihan yang rendah ditindas.
Kadangkala penampilan isomer dikaitkan dengan perbezaan ketara dalam bentuk nukleus dalam keadaan tenaga yang berbeza (seperti dalam 180 Hf).
Yang paling menarik ialah isomer yang agak stabil dengan separuh hayat dari 10 −6 saat hingga bertahun-tahun. Isomer ditetapkan oleh huruf m(dari bahasa Inggeris metastabil) dalam indeks nombor jisim (contohnya, 80 m Br) atau di indeks kanan atas (contohnya, 80 Br m). Jika nuklida mempunyai lebih daripada satu keadaan teruja metastabil, ia ditetapkan mengikut urutan peningkatan tenaga dengan huruf. m, n, hlm, q dan seterusnya dalam susunan abjad, atau dengan huruf m dengan nombor ditambah: m 1, m 2, dsb.
Beberapa contoh
Nota
kesusasteraan
- L. I. Rusinov // Isomerisme nukleus atom. UFN. 1961. T. 73. No 4. P. 615-630.
- E. V. Tkalya. // Pereputan teraruh isomer nuklear 178m2 Hf dan "bom isomer". UFN. 2005. T. 175. No 5. P. 555-561.
lihat juga
Yayasan Wikimedia. 2010.
Lihat apa "Isomerisme nukleus atom" dalam kamus lain:
- (daripada bahasa Yunani isos equal, identical and meros share, part), kewujudan at. nukleus keadaan metastabil dengan jangka hayat yang agak panjang. Beberapa di. biji mempunyai beberapa. keadaan isomer dengan jangka hayat yang berbeza. Konsep "I. A.… … Ensiklopedia fizikal
Fenomena yang terdiri daripada kewujudan keadaan teruja (metastabil) jangka hayat nukleus atom. Peralihan kepada keadaan tidak teruja berlaku disebabkan oleh? sinaran atau penukaran dalaman... Kamus Ensiklopedia Besar
Kewujudan keadaan metastabil bagi keadaan teruja dengan jangka hayat yang agak panjang dalam beberapa nukleus atom (lihat nukleus atom). Sesetengah nukleus atom mempunyai beberapa keadaan isomer dengan jangka hayat yang berbeza.... ... Ensiklopedia Soviet yang Hebat
Fenomena yang terdiri daripada kewujudan keadaan teruja (metastabil) jangka hayat nukleus atom. Peralihan kepada keadaan tidak teruja berlaku disebabkan oleh sinaran γ atau penukaran dalaman. * * * ISOMERISME NUKLEI ATOM ISOMERISME NUKLEI ATOM,... ... Kamus ensiklopedia
Fenomena yang terdiri daripada kewujudan keadaan teruja (metastabil) jangka panjang bagi nukleus atom. Peralihan kepada keadaan tidak teruja berlaku disebabkan oleh sinaran y)gaia atau penukaran dalaman ... Sejarah semulajadi. Kamus ensiklopedia
Kewujudan nukleus nukleus tertentu dalam tenaga teruja metastabil. negeri. Nuklida dengan nukleus metastabil ditetapkan oleh huruf Latin atas tv. indeks di sebelah kiri nombor jisim. Oleh itu, isomer metastabil 236Np ditetapkan 236mNp. DAN… Ensiklopedia kimia
Fenomena isotop radioaktif buatan, penemuan dunia yang luar biasa (1935) saintis Rusia I.V.
Di semua negeri asas, mereka sangat ditindas oleh peraturan larangan spin dan pariti. Khususnya, peralihan dengan multipolariti tinggi (iaitu, perubahan putaran besar yang diperlukan untuk peralihan kepada keadaan asas) dan tenaga peralihan yang rendah ditindas. Kadangkala penampilan isomer dikaitkan dengan perbezaan ketara dalam bentuk nukleus dalam keadaan tenaga yang berbeza (seperti dalam 180 Hf).
Isomer ditetapkan oleh huruf m(dari bahasa Inggeris metastabil) dalam indeks nombor jisim (contohnya, 80 m Br) atau di indeks kanan atas (contohnya, 80 Br m). Jika nuklida mempunyai lebih daripada satu keadaan teruja metastabil, ia ditetapkan mengikut urutan peningkatan tenaga dengan huruf. m, n, hlm, q dan seterusnya dalam susunan abjad, atau dengan huruf m dengan nombor ditambah: m 1, m 2, dsb.
Yang paling menarik ialah isomer yang agak stabil dengan separuh hayat dari 10 −6 saat hingga bertahun-tahun.
cerita
Konsep isomerisme nukleus atom timbul pada tahun 1921, apabila ahli fizik Jerman O. Hahn, mengkaji pereputan beta torium-234, yang dikenali pada masa itu sebagai "uranium-X1" (UX 1), menemui bahan radioaktif baru "uranium -Z” (UZ ), yang tidak berbeza sama ada dalam sifat kimia atau dalam nombor jisim daripada “uranium-X2” (UX 2) yang telah diketahui, tetapi mempunyai separuh hayat yang berbeza. Dalam tatatanda moden, UZ dan UX 2 sepadan dengan keadaan isomer dan tanah bagi isotop 234 Pa. Pada tahun 1935, B.V. Kurchatov, I.V. Kurchatov, L.V. Tiga tahun kemudian, di bawah pimpinan I.V. Kurchatov, telah ditetapkan bahawa peralihan isomer bromin-80 berlaku terutamanya melalui penukaran dalaman, dan bukan melalui pancaran sinar gamma. Semua ini meletakkan asas untuk kajian sistematik tentang fenomena ini. Secara teorinya, isomerisme nuklear telah diterangkan oleh Karl Weizsäcker pada tahun 1936.
Ciri-ciri fizikal
Penguraian keadaan isomer boleh dilakukan dengan:
- peralihan isomerik kepada keadaan dasar (dengan pelepasan kuantum gamma atau melalui penukaran dalaman);
- pereputan beta dan penangkapan elektron;
- pembelahan spontan (untuk nukleus berat);
- sinaran proton (untuk isomer yang sangat teruja).
Kebarangkalian pilihan pereputan tertentu ditentukan oleh struktur dalaman nukleus dan tahap tenaganya (serta tahap nukleus - kemungkinan produk pereputan).
Dalam beberapa kawasan nombor jisim terdapat apa yang dipanggil. pulau isomerisme (di kawasan ini isomer adalah sangat biasa). Fenomena ini dijelaskan oleh model cangkang nuklear, yang meramalkan kewujudan dalam nukleus ganjil tahap nuklear yang rapat dengan tenaga dengan perbezaan putaran yang besar apabila bilangan proton atau neutron hampir dengan nombor ajaib.
Beberapa contoh
lihat juga
Nota
- Otto Hahn.Über eine neue radioaktive Substanz im Uran (Jerman) // Berichte der Deutschen Chemischen Gesellschaft (Bahasa Inggeris) bahasa Rusia:majalah. - 1921. - Bd. 54, No. 6. - S. 1131-1142. - DOI:10.1002/cber.19210540602.
- D. E. Alburger. Isomeri nuklear// Handbuch der physik / S. Flügge. - Springer-Verlag, 1957. - T. 42: Kernreaktionen III / Tindak Balas Nuklear III. - H. 1.
- J. V. Kourtchatov, B. V. Kourtchatov, L. V. Misowski, L. I. Roussinov. Sur un cas de radioactivité artificielle provoquée par un bombardement de neutrons, sans capture du neutron (Perancis) // Comptes rendus hebdomadaires des séances de l "Académie des sciences (Bahasa Inggeris) bahasa Rusia: majalah. - 1935. - Jld. 200. - P. 1201-1203.
- , Dengan. 617.
- C. von Weizsäcker. Metastabile Zustände der Atomkerne (Bahasa Inggeris) // Naturwissenschaften (Bahasa Inggeris) bahasa Rusia: jurnal. - 1936. - Jld. 24, tidak. 51. - P. 813-814.
- Konstantin Mukhin. Fizik nuklear eksotik untuk yang ingin tahu (Rusia) // Sains dan kehidupan. - 2017. - No. 4. - ms 96-100.
- G.Audi et al. Penilaian NUBASE ke atas sifat nuklear dan pereputan. Fizik Nuklear A, 1997, jld. 624, muka surat 1-124. Salinan yang diarkibkan (tidak ditentukan) (pautan tidak tersedia). Dicapai pada 17 Mac 2008.
Negara nuklear lain. Secara umum, istilah "metastabil" biasanya digunakan pada keadaan dengan hayat 10 -9 saat atau lebih.
Lazimnya, jangka hayat negeri ini adalah lebih lama daripada had yang ditentukan, dan boleh menjadi minit, jam, dan (dalam satu kes 180m Ta) lebih kurang 10 15 tahun.
1. Teras
Nukleus isomer nuklear berada dalam keadaan tenaga yang lebih tinggi daripada nukleus tidak teruja, yang berada dalam keadaan tanah yang dipanggil. Dalam keadaan teruja, salah satu nukleon nukleus menduduki orbital nuklear dengan tenaga lebih tinggi daripada orbital bebas dengan tenaga rendah. Keadaan ini serupa dengan keadaan elektron dalam atom.
Satu lagi isomer nuklear yang diketahui sangat stabil (dengan separuh hayat 31 tahun) ialah 178m2 Hf, yang mempunyai tenaga penukaran tertinggi bagi semua isomer yang diketahui dengan jangka hayat yang setanding. 1 g isomer ini mengandungi 1.33 gigajoule tenaga, yang bersamaan dengan 315 kg TNT. Ia terurai dengan memancarkan sinar gama dengan tenaga 2.45 MeV. Bahan ini dianggap mampu mengeluarkan pelepasan yang dirangsang, dan kemungkinan mencipta laser gamma berdasarkannya telah dipertimbangkan. Isomer lain juga telah dianggap sebagai calon untuk peranan ini, tetapi setakat ini, walaupun usaha yang meluas, tiada keputusan positif telah dilaporkan.
4. Permohonan
Pereputan isomer seperti 177m Lu berlaku melalui lata tahap tenaga nuklear, dan dipercayai bahawa ia boleh digunakan untuk mencipta bahan letupan dan sumber tenaga yang akan menjadi susunan magnitud yang lebih berkuasa daripada bahan kimia tradisional.
5. Proses pereputan
Isomer beralih kepada keadaan tenaga yang lebih rendah dengan dua jenis utama peralihan isomer
Isomer juga boleh ditukar kepada unsur lain. Sebagai contoh, 177m Lu mungkin mengalami pereputan beta dengan tempoh 160.4 hari, bertukar kepada 177, atau menjalani penukaran dalaman kepada 177 Lu, yang seterusnya mengalami pereputan beta kepada 177 Hf dengan separuh hayat 6.68 hari.
Lihat juga
6. Rujukan
- C. B. Collins et al. Penyahdudukan keadaan isomer 180 Ta m dengan tindak balas 180 Ta m (γ, γ ") 180 Ta / / Fizik. Rev. C.- T. 37. - (1988) P. 2267-2269. DOI: 10.1103/PhysRevC.37.2267.
- D. Belic et al. Pengaktifan foto 180 Ta m dan Implikasinya untuk Nukleosintesis Isotop Semulajadi Paling Jarang Alam Semulajadi / / Fizik. Rev. Lett.. - T. 83. - (1999) (25) P. 5242. DOI: 10.1103/PhysRevLett.83.5242 .
- "Penyelidik UNH mencari pelepasan sinar gamma yang dirangsang". Kumpulan Fizik Nuklear UNH. 1997. Arkib