İzomerler, aynı sayıda nötron ve protona sahip olan, ancak farklı fiziksel özelliklere, özellikle de farklı yarı ömürlere sahip olan atom çekirdekleridir.
Pirinç. 6.1. 115 In çekirdeğinde izomerik γ geçişi.
γ-radyoaktif çekirdeklerin ömürleri genellikle 10 -12 –10 -17 s düzeyindedir. Bazı durumlarda, yüksek derecede yasaklama, düşük γ-geçiş enerjisi ile birleştirildiğinde, makroskobik düzeyde (birkaç saate kadar ve bazen daha fazla) ömürleri olan γ-radyoaktif çekirdekler gözlemlenebilir. Çekirdeklerin bu kadar uzun ömürlü uyarılmış hallerine denir. izomerler
.
Bir izomerin tipik bir örneği indiyum izotopu 115 In'dir (Şekil 6.1). 115 In'in temel durumu JP = 9/2 +'dır. Birinci uyarılmış seviyenin enerjisi 335 keV'ye eşittir ve spin paritesi JP = 1/2 -'dir. Bu nedenle, bu durumlar arasındaki geçiş yalnızca bir M4 γ-kuantumunun emisyonu yoluyla gerçekleşir. Bu geçiş o kadar şiddetle yasaklanmıştır ki, uyarılmış durumun yarı ömrü 4,5 saattir.
Nükleer izomerizm olgusu, 1921'de, aynı kütle numaraları A ve atom numarası Z olan, ancak yarı ömürleri farklı olan iki radyoaktif maddenin bulunduğunu keşfeden O. Gann tarafından keşfedildi. Daha sonra bunun 234 m Pa'lık izomerik bir durum olduğu gösterildi. Weizsäcker'e göre (Naturwiss. 24, 813, 1936), nükleer izomerizm, düşük uyarılma enerjisine sahip uyarılmış bir durumdaki bir çekirdeğin açısal momentumu, daha düşük uyarma enerjisine sahip herhangi bir durumdaki açısal momentumdan birkaç birim ћ farklı olduğunda ortaya çıkar. İzomerik (metastabil) durum, ölçülebilir bir ömre sahip uyarılmış bir durum olarak tanımlandı. γ-spektroskopisine yönelik deneysel yöntemler geliştikçe ölçülebilir yarı ömürler 10 -12 -10 -15 saniyeye düştü.
Tablo 6.1
Heyecanlı durumlar 19 F
| Durum enerjisi, keV | Döndürme paritesi | Yarı ömür |
|---|---|---|
| 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 puan |
| 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 puan |
| 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+ |
Enerji açısından birbirine yakın olan kabuk seviyelerinin spin değerlerinde büyük farklılık gösterdiği durumlarda izomerik durumlar beklenmelidir. Bu alanlarda sözde "izomerizm adaları" bulunur. Bu nedenle, yukarıdaki 115 In izotopunda bir izomerin varlığı, Z = 50 kapalı kabuğuna ulaşmak için bir protonun eksik olmasından kaynaklanmaktadır, yani bir proton "deliği" bulunmaktadır. Temel durumda bu delik 1g 9/2 alt kabuğunda, uyarılmış durumda ise 1p 1/2 alt kabuğundadır. Bu durum tipiktir. İzomerizm adaları, daha küçük Z ve N tarafında, 50, 82 ve 126 sihirli sayılarından hemen önce bulunur. Böylece, 86 Rb (N = 49), 131 Te (N = 79) çekirdeklerinde izomerik durumlar gözlenir; 82'ye yakın), 199 Hg ( Z = 80, 82'ye yakındır), vb. Dikkate alınanların yanı sıra izomerik durumların ortaya çıkmasının başka nedenlerinin de olduğunu unutmayın. Şu anda, birkaç saniyeden 3·106 yıla (210 m Bi) kadar yarı ömre sahip çok sayıda izomer keşfedilmiştir. Birçok izotopun birkaç izomerik durumu vardır. Tablo 6.2 uzun ömürlü izomerlerin parametrelerini göstermektedir (T 1/2 > yıl).
Tablo 6.2
Atom çekirdeğinin izomerik durumlarının parametreleri
| Z-XX-A | N | İzomerik durumun enerjisi, MeV | JP | T 1/2, G, yaygınlık | Çürüme modları |
|---|---|---|---|---|---|
| 73-Ta-180 | 107 | 0.077 | 9 - |
0.012% >1,2·10 15 yıl |
|
| 83-Bi-210 | 127 | 0.271 | 9 - | 3,04·10 6 yıl | a %100 |
| 75-Yeniden-186 | 111 | 0.149 | 8 + | 2.10 5 yıl | BT %100 |
| 67-Ho-166 | 99 | 0.006 | 7 - | 1,2·10 3 yıl | β - %100 |
| 47-Ag-108 | 61 | 0.109 | 6 + | 418 yıl | %91,30, BT %8,70 |
| 77-Ir-192 | 115 | 0.168 | 11 - | 241 | BT %100 |
| 95-Am-242 | 147 | 0.049 | 5 - | 141 yaşında | SF<4.47·10 -9 %, BT %99,55, a %0,45 |
| 50-Sn-121 | 71 | 0.006 | 11/2 - | 43,9 yıl | BT %77,60, β - %22,40 |
| 72-HF-178 | 106 | 2.446 | 16 + | 31 yaşında | BT %100 |
| 41-Nb-93 | 52 | 0.031 | 1/2 - | 16.13 yıl | BT %100 |
| 48-Cd-113 | 65 | 0.264 | 11/2 - | 14,1 yıl | β - %99,86, BT %0,14 |
| 45-Rh-102 | 57 | 0.141 | 6 + | ≈2,9 yıl | %99,77, BT %0,23 |
| 99-Es-247 | 148 | 625 gün | α |
ATOM ÇEKİRDEKLERİNİN İZMERİSTİĞİ, bazı atom çekirdeklerinin temel durumuyla birlikte, izomerik adı verilen uzun ömürlü (yarı kararlı) uyarılmış durumların varlığı. Tarihsel olarak, yaşam süreleri doğrudan ölçülebilen (0,01 μs'den fazla) durumlar izomerik olarak kabul edilir. İzomerizm olgusu, komşu durumların (uyarılmış ve toprak) yapısındaki keskin bir fark nedeniyle ortaya çıkar ve bu, uyarılmış durumun bozulma olasılığında (bazen birçok büyüklük sırasına göre) önemli bir azalmaya yol açar.
Nükleer izomerlerin varlığının ilk göstergesi, 1921'de, uranyumun bozunma ürünleri arasında, aynı atom numarası Z ve kütle numarası A olan, tamamen farklı iki radyoaktif bozunma yoluna sahip olan radyoaktif bir maddeyi keşfeden O. Hahn tarafından elde edildi. Bununla birlikte, atom çekirdeğinin izomerizminin keşfedilme tarihi, I.V. Kurchatov liderliğindeki bir grup Sovyet bilim adamının, bromu yavaş nötronlarla ışınlarken farklı yarı ömürlere sahip üç radyoaktif izotopun oluşumunu keşfettiği 1935 olarak kabul edilir.
Daha sonra, bu fenomenin oldukça yaygın olduğu ortaya çıktı; birkaç yüz izomerik durum zaten biliniyor ve bazı çekirdekler bu tür birkaç duruma sahip olabilir. Örneğin, A = 175'e sahip hafniyum çekirdeğinin ömrü 0,1 μs'den büyük olan 5 durumu vardır.
Çekirdeğin izomerik bir durumunun varlığının vazgeçilmez bir koşulu, izomerik durumdan daha düşük enerjili durumlara ışınımsal geçişler için bir tür yasağın varlığıdır. Nükleer yapının böyle bir yasağa neden olan bir dizi bilinen özelliği vardır: izomerik ve temel durumların açısal momentumlarındaki (dönüşler) fark, yüksek çok kutuplulukta ışınımsal geçişlere yol açar, tercih edilen bir eksene göre spinlerin farklı yönelimleri. çekirdek, her iki durumda da çekirdeklerin farklı şekilleri.
İzomerik durumların bozunmasına genellikle elektronların veya γ kuantumlarının emisyonu eşlik eder, bu da aynı çekirdeğin oluşmasına neden olur, ancak daha düşük enerjili bir durumda olur. Bazen beta bozunması daha olasıdır. Ağır elementlerin izomerleri kendiliğinden fisyon yoluyla bozunabilir. Kendiliğinden fisyon olasılığı yüksek olan çekirdeklerin izomerik hallerine bölünebilir izomerler denir. Yaklaşık 30 çekirdek bilinmektedir (izotoplar U, Pu, Am, Cm, Bk), bunların izomerik durumda kendiliğinden fisyon olasılığı ana duruma göre yaklaşık 10 26 kat daha fazladır.
Atom çekirdeğinin izomerizmi, atom çekirdeğinin yapısı hakkında önemli bir bilgi kaynağıdır; İzomerlerin incelenmesi nükleer kabukların doldurulma sırasının belirlenmesine yardımcı oldu. İzomerlerin ömürlerine dayanarak, ışınımsal geçişlere ilişkin yasakların değerleri ve bunların nükleer yapıyla bağlantıları değerlendirilebilir.
Nükleer izomerler ayrıca pratik uygulamalar da bulur. Örneğin aktivasyon analizinde bazı durumlarda bunların oluşumu yöntemin daha yüksek hassasiyete ulaşmasını mümkün kılar. Uzun ömürlü nükleer izomerler gelecekte olası enerji depolama cihazları olarak değerlendirilmektedir.
Yandı: Korsunsky M.I. Atom çekirdeğinin izomerizmi. M., 1954; Polikanov S. M. Atom çekirdeği şeklinin izomerizmi. M., 1977.
Tarihsel bilgi
Atom çekirdeğinin izomerizmi kavramı, 1921'de Alman fizikçi O. Hahn'ın, kimyasal özelliklerinde veya kütle numarasında zaten bilinen uranyum-X2'den farklı olmayan yeni bir radyoaktif madde uranyum-Z (UZ) keşfetmesiyle ortaya çıktı ( UX 2), ancak farklı bir yarı ömre sahipti. Modern gösterimde UZ ve UX 2, izotopun temel ve izomerik durumlarına karşılık gelir. 1935'te B.V. Kurchatov, I.V. Kurchatov, L.V. Mysovsky ve L.I. Rusinov, nötronların kararlı 79 Br tarafından yakalanması sırasında çekirdeğin temel durumuyla birlikte oluşan yapay brom izotopunun bir izomerini keşfetti. Bu, bu fenomenin sistematik bir çalışmasının temelini oluşturdu.
Teorik bilgiler
İzomerik durumlar, çekirdeğin sıradan uyarılmış durumlarından farklıdır; çünkü onlar için temeldeki tüm durumlara geçiş olasılığı, spin ve eşlik dışlama kuralları tarafından güçlü bir şekilde bastırılır. Özellikle, yüksek çok kutupluluğa (yani, temel duruma geçiş için gereken büyük bir dönüş değişikliğine) ve düşük geçiş enerjisine sahip geçişler bastırılır.
Bazen izomerlerin ortaya çıkışı, farklı enerji durumlarında (180 Hf'de olduğu gibi) çekirdeğin şeklindeki önemli bir farklılıkla ilişkilendirilir.
En çok ilgi çekenler yarı ömürleri 10−6 saniyeden uzun yıllara kadar olan nispeten kararlı izomerlerdir. İzomerler harfle belirtilir M(İngilizce'den yarı kararlı) kütle numarası endeksinde (örneğin, 80 M Br) veya sağ üst dizinde (örneğin, 80 Br) M). Bir nüklit birden fazla yarı kararlı uyarılmış duruma sahipse, bunlar artan enerji sırasına göre harflerle gösterilir. M, N, P, Q ve ayrıca alfabetik sıraya göre veya harfe göre M eklenen sayıyla birlikte: M 1, M 2 vb.
Bazı örnekler
Notlar
Edebiyat
- L. I. Rusinov // Atom çekirdeğinin izomerizmi. UFN. 1961. T. 73. No. 4. S. 615-630.
- E. V. Tkalya. // 178m2 Hf nükleer izomerinin ve “izomer bombasının” indüklenen bozunması. UFN. 2005. T. 175. No. 5. S. 555-561.
Ayrıca bakınız
Wikimedia Vakfı.
2010.
Diğer sözlüklerde “Atom çekirdeğinin izomerizmi” nin ne olduğunu görün: - (Yunanca izoslardan eşit, özdeş ve meros payı, kısım), belirli bir at'nin varlığı. nispeten uzun ömürlü yarı kararlı durumların çekirdekleri. Bazıları. çekirdeklerde birkaç tane var. Farklı yaşam sürelerine sahip izomerik durumlar. "Ben" kavramı. A.… …
Fiziksel ansiklopedi Atom çekirdeğinin uzun ömürlü uyarılmış (yarı kararlı) durumlarının varlığından oluşan bir olgu. Heyecansız bir duruma geçiş aşağıdakilerden dolayı meydana gelir? radyasyon veya iç dönüşüm...
Bazı atom çekirdeklerinde nispeten uzun ömürlü uyarılmış durumların yarı kararlı durumlarının varlığı (bkz. Atom çekirdeği). Bazı atom çekirdekleri farklı yaşam sürelerine sahip birçok izomerik duruma sahiptir. Büyük Sovyet Ansiklopedisi
Atom çekirdeğinin uzun ömürlü uyarılmış (yarı kararlı) durumlarının varlığından oluşan bir olgu. Uyarılmamış bir duruma geçiş, γ radyasyonu veya dahili dönüşüm nedeniyle meydana gelir. * * * ATOM ÇEKİRDEKLERİNİN İZomerizmi ATOM ÇEKİRDEKLERİNİN İZomerizmi,... ... Ansiklopedik Sözlük
Atom çekirdeğinin uzun ömürlü uyarılmış (yarı kararlı) durumlarının varlığından oluşan bir olgu. Uyarılmamış bir duruma geçiş, y)gaia) radyasyonu veya dahili ... Doğa bilimi. Ansiklopedik Sözlük
Yarı kararlı uyarılmış enerjide belirli nüklidlerin çekirdeklerinin varlığı. devletler. Yarı kararlı çekirdeklere sahip nüklitler, Latin harfi tv ile gösterilir. Kütle numarasının solundaki indeks. Bu nedenle, yarı kararlı izomer 236Np, 236mNp olarak adlandırılır. VE … Kimyasal ansiklopedi
Yapay radyoaktif izotop olgusu, Rus bilim adamı I.V. tarafından olağanüstü bir dünya keşfi (1935).
Tüm temel durumlarda, spin ve parite yasağı kuralları tarafından güçlü bir şekilde bastırılırlar. Özellikle, yüksek çok kutupluluğa (yani, temel duruma geçiş için gereken büyük bir dönüş değişikliğine) ve düşük geçiş enerjisine sahip geçişler bastırılır. Bazen izomerlerin ortaya çıkışı, farklı enerji durumlarında (180 Hf'de olduğu gibi) çekirdeğin şeklindeki önemli bir farklılıkla ilişkilendirilir.
İzomerler harfle belirtilir M(İngiliz metastabilinden) kütle numarası indeksinde (örneğin, 80 M Br) veya sağ üst dizinde (örneğin, 80 Br) M). Bir nüklit birden fazla yarı kararlı uyarılmış duruma sahipse, bunlar artan enerji sırasına göre harflerle gösterilir. M, N, P, Q ve ayrıca alfabetik sıraya göre veya harfe göre M eklenen sayıyla birlikte: M 1, M 2 vb.
En çok ilgi çekenler yarı ömürleri 10−6 saniyeden uzun yıllara kadar olan nispeten kararlı izomerlerdir.
Hikaye
Atom çekirdeğinin izomerizmi kavramı, 1921'de, o zamanlar "uranyum-X1" (UX 1) olarak bilinen toryum-234'ün beta bozunmasını inceleyen Alman fizikçi O. Hahn'ın yeni bir radyoaktif madde olan "uranyum"u keşfetmesiyle ortaya çıktı. -Z" (UZ ), ne kimyasal özelliklerde ne de kütle numarasında zaten bilinen "uranyum-X2"den (UX 2) farklı değildi, ancak farklı bir yarı ömre sahipti. Modern gösterimlerde UZ ve UX 2, 234 Pa izotopunun izomerik ve temel durumlarına karşılık gelir. 1935'te B.V. Kurchatov, I.V. Kurchatov, L.V. Mysovsky ve L.I. Rusinov, nötronların kararlı 79 Br tarafından yakalanması sırasında çekirdeğin temel durumuyla birlikte oluşan yapay brom izotopunun bir izomerini keşfetti. Üç yıl sonra, I.V. Kurchatov'un öncülüğünde, brom-80'in izomerik geçişinin, gama kuantasının emisyonu yoluyla değil, esas olarak dahili dönüşüm yoluyla gerçekleştiği tespit edildi. Bütün bunlar bu fenomenin sistematik bir çalışmasının temelini oluşturdu. Teorik olarak nükleer izomerizm 1936'da Karl Weizsäcker tarafından tanımlandı.
Fiziksel özellikler
İzomerik durumların ayrıştırılması şu şekilde gerçekleştirilebilir:
- temel duruma izomerik geçiş (bir gama kuantumunun emisyonu veya dahili dönüşüm yoluyla);
- beta bozunması ve elektron yakalama;
- kendiliğinden fisyon (ağır çekirdekler için);
- proton radyasyonu (yüksek derecede uyarılmış izomerler için).
Belirli bir bozunma seçeneğinin olasılığı, çekirdeğin iç yapısı ve enerji seviyeleri (ayrıca çekirdeklerin seviyeleri - olası bozunma ürünleri) tarafından belirlenir.
Bazı bölgelerde kütle sayıları sözde vardır. izomerizm adaları (bu bölgelerde izomerler özellikle yaygındır). Bu fenomen, proton veya nötron sayısı sihirli sayılara yakın olduğunda, büyük dönüş farklılıklarına sahip, enerjisel olarak yakın nükleer seviyelerin tek çekirdeklerinde varlığını öngören nükleer kabuk modeli ile açıklanmaktadır.
Bazı örnekler
Ayrıca bakınız
Notlar
- Otto Hahn.Über eine neue radyoaktif Substanz im Uran (Almanca) // Berichte der Deutschen Chemischen Gesellschaft (İngilizce) Rusça:magazin. - 1921. - Bd. 54, No. 6. - S.1131-1142. -DOI:10.1002/cber.19210540602.
- D. E. Alburger. Nükleer izomerizm// El Kitabı der fizik / S. Flügge. - Springer-Verlag, 1957. - T. 42: Kernreaktionen III / Nükleer Reaksiyonlar III. - S.1.
- J. V. Kourtchatov, B. V. Kourtchatov, L. V. Misowski, L. I. Roussinov. Nötron bombardımanına neden olan yapay bir radyoaktivite vakası sırasında, nötron yakalamadan (Fransızca) // "Bilim Akademisi"ndeki seansların özetini çıkarıyor (İngilizce) Rusça: dergi. - 1935. - Cilt. 200. - S.1201-1203.
- , İle. 617.
- C. von Weizsäcker. Metastabile Zustände der Atomkerne (İngilizce) // Naturwissenschaften (İngilizce) Rusça: günlük. - 1936. - Cilt. 24, hayır. 51. - S.813-814.
- Konstantin Muhin. Meraklı için egzotik nükleer fizik (Rusça) // Bilim ve yaşam. - 2017. - Sayı 4. - s. 96-100.
- G.Audi ve ark. Nükleer ve bozunma özelliklerinin NUBASE değerlendirmesi. Nükleer Fizik A, 1997, cilt. 624, sayfa 1-124. Arşivlenmiş kopya (tanımsız) (kullanılamayan bağlantı). Erişim tarihi: 17 Mart 2008.
Diğer nükleer devletler. Genel olarak, "metastabil" terimi genellikle ömrü 10-9 saniye veya daha fazla olan durumlara uygulanır.
Tipik olarak, bu durumların ömrü belirtilen sınırdan çok daha uzundur ve dakikalar, saatler ve (bir durumda 180 milyon Ta) yaklaşık 10 15 yıl olabilir.
1. Çekirdekler
Nükleer izomerlerin çekirdekleri, temel durum olarak adlandırılan uyarılmamış çekirdeklerden daha yüksek bir enerji durumundadır. Uyarılmış bir durumda, çekirdeğin nükleonlarından biri, düşük enerjili serbest yörüngeden daha yüksek enerjiye sahip bir nükleer yörüngeyi işgal eder. Bu durumlar atomlardaki elektronların durumlarına benzer.
Bilinen diğer bir çok kararlı nükleer izomer (yarı ömrü 31 yıl olan) 178 m2 Hf'dir ve bu, benzer bir ömre sahip bilinen tüm izomerler arasında en yüksek dönüşüm enerjisine sahiptir. Bu izomerin 1 gramı 1,33 gigajule enerji içerir, bu da 315 kg TNT'ye eşdeğerdir. 2,45 MeV enerjili gama ışınları yayarak ayrışır. Bu malzemenin uyarılmış emisyona sahip olduğu düşünüldü ve buna dayalı bir gama lazeri oluşturma olasılığı göz önünde bulunduruldu. Diğer izomerler de bu rol için aday olarak değerlendirildi ancak yoğun çabalara rağmen şu ana kadar herhangi bir olumlu sonuç bildirilmedi.
4. Başvuru
177m Lu gibi bir izomerin bozunması, bir dizi nükleer enerji seviyesi yoluyla meydana gelir ve geleneksel kimyasallardan çok daha güçlü olan patlayıcılar ve enerji kaynakları oluşturmak için potansiyel uygulamalara sahip olduğu düşünülmektedir.
5. Çürüme süreçleri
İzomerler, iki ana izomerik geçiş türüyle daha düşük bir enerji durumuna geçer
İzomerler ayrıca başka elementlere de dönüştürülebilir. Örneğin, 177m Lu, 160,4 günlük bir süre ile beta bozunmasına uğrayarak 177'ye dönüşebilir veya 177 Lu'ya dahili dönüşüme uğrayabilir, bu da 6,68 günlük bir yarılanma ömrüyle 177 Hf'ye beta bozunmasına uğrar.
Ayrıca bakınız
6. Referanslar
- CB Collins ve al.İzomerik durumun popülasyonu 180 Ta m, 180 Ta m (γ, γ ") 180 Ta / / reaksiyonuyla Fizik. Rev. C.- T. 37. - (1988) S. 2267-2269. DOI: 10.1103/PhysRevC.37.2267.
- D. Beliç ve al. 180 Ta m'nin Fotoaktivasyonu ve Doğanın En Nadir Doğal Olarak Oluşan İzotopunun Nükleosentezine Etkileri / / Fizik. Rev. Lett.. - T.83. - (1999) (25) S.5242. DOI: 10.1103/PhysRevLett.83.5242 .
- "UNH araştırmacıları uyarılmış gama ışını emisyonunu araştırıyor". UNH Nükleer Fizik Grubu. 1997. Arşiv