Izomerie nucleară. Izomerie nucleară Izomerie nucleară

IZOMERIA NUCLEI ATOMICI, existența unor nuclee atomice, alături de starea fundamentală, a stărilor excitate de lungă durată (metastabile), numite izomeri. Din punct de vedere istoric, stările cu durate de viață care pot fi măsurate direct (mai mult de 0,01 μs) sunt considerate izomere. Fenomenul de izomerie apare din cauza unei diferențe accentuate în structura stărilor vecine (excitate și sol), care duce la o scădere semnificativă a probabilității de decădere a stării excitate (uneori cu multe ordine de mărime).

Primul indiciu al existenței izomerilor nucleari a fost obținut în 1921 de O. Hahn, care a descoperit printre produșii de descompunere ai uraniului o substanță radioactivă care, cu același număr atomic Z și număr de masă A, avea două căi de descompunere radioactive complet diferite. Cu toate acestea, data descoperirii izomeriei nucleelor ​​atomice este considerată a fi 1935, când un grup de oameni de știință sovietici conduși de I.V. Kurchatov a descoperit formarea a trei izotopi radioactivi cu timpi de înjumătățire diferit la iradierea bromului cu neutroni lenți.

Ulterior, s-a dovedit că acest fenomen este destul de răspândit; câteva sute de stări izomerice sunt deja cunoscute, iar unele nuclee pot avea mai multe astfel de stări. De exemplu, nucleul de hafniu cu A = 175 are 5 stări cu durate de viață mai mari de 0,1 μs.

O condiție indispensabilă pentru existența unei stări izomerice a nucleului este prezența unui fel de interdicție pentru tranzițiile radiative de la stări izomerice la stări cu energie mai mică. Există o serie de caracteristici cunoscute ale structurii nucleare care provoacă o astfel de interdicție: diferența în momentele unghiulare (spinuri) ale stărilor izomerice și fundamentale, care conduc la tranziții radiative de multipolitate mare, orientări diferite ale spinilor față de o axă preferată în nucleul, diferite forme de nuclee în ambele stări.

Dezintegrarea stărilor izomerice este de obicei însoțită de emisia de electroni sau de cuante γ, având ca rezultat formarea aceluiași nucleu, dar într-o stare cu energie mai mică. Uneori, degradarea beta este mai probabilă. Izomerii elementelor grele se pot descompune prin fisiune spontană. Stările izomerice ale nucleelor ​​cu o mare probabilitate de fisiune spontană se numesc izomeri fisionali. Se cunosc aproximativ 30 de nuclee (izotopi U, Pu, Am, Cm, Bk), pentru care probabilitatea fisiunii spontane în starea izomeră este de aproximativ 10 26 de ori mai mare decât în ​​starea principală.

Izomeria nucleelor ​​atomice este o sursă importantă de informații despre structura nucleelor ​​atomice; studiul izomerilor a ajutat la stabilirea ordinii de umplere a învelișurilor nucleare. Pe baza duratei de viață a izomerilor, se pot judeca valorile interdicțiilor pentru tranzițiile radiative și legătura lor cu structura nucleară.

Izomerii nucleari găsesc, de asemenea, aplicații practice. De exemplu, în analiza activării, formarea lor în unele cazuri face posibilă obținerea unei sensibilități mai mari a metodei. Izomerii nucleari cu viață lungă sunt considerați posibile dispozitive de stocare a energiei în viitor.

Lit.: Korsunsky M.I. Izomeria nucleelor ​​atomice. M., 1954; Polikanov S. M. Izomeria formei nucleelor ​​atomice. M., 1977.

Informații istorice

Conceptul de izomerie a nucleelor ​​atomice a apărut în 1921, când fizicianul german O. Hahn a descoperit o nouă substanță radioactivă uraniu-Z (UZ), care nu diferă nici ca proprietăți chimice, nici ca număr de masă față de deja cunoscutul uraniu-X2 ( UX 2), a avut totuși un timp de înjumătățire diferit. În notația modernă, UZ și UX 2 corespund stărilor fundamentale și izomerice ale izotopului. În 1935, B.V. Kurchatov, I.V. Kurchatov, L.V. Mysovsky și L.I. Rusinov au descoperit un izomer al izotopului artificial de brom 80 Br, format împreună cu starea fundamentală a nucleului în timpul captării neutronilor de către stabilul 79 Br. Aceasta a pus bazele unui studiu sistematic al acestui fenomen.

Informații teoretice

Stările izomerice diferă de stările excitate obișnuite ale nucleelor ​​prin aceea că probabilitatea de tranziție la toate stările subiacente pentru ele este puternic suprimată de regulile de excludere de spin și paritate. În special, tranzițiile cu multipolaritate ridicată (adică o schimbare mare de spin necesară pentru o tranziție la starea de bază) și energie de tranziție scăzută sunt suprimate.

Uneori, apariția izomerilor este asociată cu o diferență semnificativă în forma nucleului în diferite stări de energie (ca în 180 Hf).

De cel mai mare interes sunt izomerii relativ stabili cu timpi de înjumătățire de la 10 -6 secunde la mulți ani. Izomerii sunt desemnați prin literă m(din engleza metastabil) în indicele numărului de masă (de exemplu, 80 m Br) sau în indexul din dreapta sus (de exemplu, 80 Br m). Dacă un nuclid are mai mult de o stare excitată metastabilă, acestea sunt desemnate în ordinea creșterii energiei prin litere m, n, p, qși mai departe în ordine alfabetică sau după litere m cu numarul adaugat: m 1, m 2, etc.

Cateva exemple

Note

Literatură

1. L. I. Rusinov // Izomeria nucleelor ​​atomice. UFN. 1961. T. 73. Nr. 4. P. 615-630.
2. E. V. Tkalya. // Dezintegrarea indusă a izomerului nuclear 178m2 Hf și a „bombei izomere”. UFN. 2005. T. 175. Nr. 5. P. 555-561.

Vezi si

Fundația Wikimedia. 2010.

Vedeți ce este „Izomerismul nucleelor ​​atomice” în alte dicționare:

- (din grecescul isos egal, identic și meros share, part), existența unui anumit at. nuclee de stări metastabile cu durate de viață relativ lungi. Unii la. miezurile au mai multe. stări izomerice cu durate de viață diferite. Conceptul de „I. A.… … Enciclopedie fizică

Un fenomen constând în existența unor stări excitate (metastabile) de lungă durată ale nucleelor ​​atomice. Trecerea la o stare neexcitată are loc din cauza? radiații sau conversie internă... Dicţionar enciclopedic mare

Existența unor stări metastabile ale stărilor excitate cu durate de viață relativ lungi în unele nuclee atomice (vezi Nucleul atomic). Unii nuclei atomici au mai multe stări izomerice cu durate de viață diferite.... ... Marea Enciclopedie Sovietică

Un fenomen constând în existența unor stări excitate (metastabile) de lungă durată ale nucleelor ​​atomice. Trecerea la o stare neexcitată are loc datorită radiației γ sau conversiei interne. * * * IZOMERISMUL NUCLEILOR ATOMICI IZOMERISMUL NUCLEILOR ATOMICI,... ... Dicţionar enciclopedic

Un fenomen constând în existența unor stări excitate (metastabile) de lungă durată ale nucleelor ​​atomice. Trecerea la o stare neexcitată are loc datorită radiației y)gaia) sau conversiei interne... Științele naturii. Dicţionar enciclopedic

Existența nucleelor ​​anumitor nuclizi în energie excitată metastabilă. state. Nuclizii cu nuclei metastabili sunt desemnați prin litera latină tv top. indexul din stânga numărului de masă. Astfel, izomerul metastabil 236Np este desemnat 236mNp. ȘI … Enciclopedie chimică

Fenomenul izotopilor radioactivi artificiali, o descoperire mondială remarcabilă (1935) a savantului rus I.V. Kurchatov.

ISOMERIA NUCLEARĂ- existența anumitor nuclee, alături de starea fundamentală, a stărilor excitate destul de longevive (metastabile), numite. izomeric. Fenomenul I.I. a fost descoperit în 1921 de O. Hahn, care a descoperit un radioact. o substanță pe care a numit-o uraniu Z (UZ), care avea același număr atomic Z și același număr de masă A, ca un alt radioact, substanța UX 2, dar se deosebea de ea prin timpul de înjumătățire. Ambele substanțe au fost produse ale dezintegrarii p a aceluiași element UX 1 (234 90 Th). Mai târziu s-a dovedit că UZ și UX 2 sunt stările fundamentale și izomerice ale nucleului de 234 91 Pa (starea izomeră este notă cu indicele T, de exemplu. 234m 91 Ra). În 1935, I.V. Kurchatov, B.V. Kurchatov, L.V. Mysovsky și L.I. Rusinov au descoperit că atunci când izotopul stabil 79 35 Br este iradiat cu neutroni, se formează un radioact. izotopul 80 35 Br, având doi, care corespundeau dezintegrarilor de la bază și stărilor izomerice. Studiile ulterioare au relevat un număr mare de stări izomerice ale nucleelor ​​cu descompunere. timpii de înjumătățire de la 3. 10 6 ani (210m Bi) la mai mulți. mks si nici macar. Mn. nucleele au 2 și, de exemplu, 160 Dar are 4 stări izomerice. Motivul pentru care eu. este o slăbire a probabilității de emisie de raze gamma dintr-o stare excitată (vezi. Radiația gamma Acest lucru se întâmplă de obicei atunci când o energie de tranziție mică este combinată cu o diferență mare în valorile momentelor numărului de mișcări I (momente unghiulare) de la început. și stări finale. Cu cât multipolaritatea este mai mare și cu cât energia de tranziție hw este mai mică, cu atât este mai mică probabilitatea unei tranziții y. În unele cazuri, slăbirea probabilității de emisie de g-quanta se explică prin trăsături structurale mai complexe ale stărilor nucleului, între care are loc o tranziție (diferite structuri ale nucleului în stările izomerice și subiacente). În fig. Figurile 1 și 2 prezintă fragmente ale schemelor de descompunere pentru izomerii 234m 91 Pa și 80m 35 Br. În cazul protactiniului, motivul pentru I. i. este energia scăzută și multipolaritatea ridicată EZ g-tranziție. Este atât de dificil încât, în majoritatea covârșitoare a cazurilor, izomerul suferă dezintegrare b (vezi. Dezintegrarea beta nuclee). Pentru anumiți izomeri, tranziția izomeră devine adesea complet neobservabilă. În cazul 80m 35 Vr I. I. este obligat la g-tranziția multipolarității MS. Nucleul din starea izomeră (I p = 5 -) trece într-o stare de energie inferioară (2 -), care în scurt timp intră în starea principală. stare nucleară 80 35 Br. În cazul nucleului 242 Am (Fig. 3) I. i. asociat cu tranziția g a multipolarității E4.

Orez. 1. Schema dezintegrarii izomerului 234m 91 Ra. Stările fundamentale (0) și izomerice sunt evidențiate cu linii groase; în stânga sunt valorile spinilor și parităților (I p), în dreapta sunt multipolaritatea, energiile de nivel (în keV) și timpii de înjumătățire; Probabilitățile diferitelor canale de dezintegrare nucleară din starea izomeră sunt date în %.

Starea izomeră scade în principal prin tranziția g, dar în 5 din 1000 de cazuri se observă dezintegrare alfaÎn exemplele date, tranzițiile izomerice sunt însoțite în majoritatea cazurilor de emisia de electroni de conversie mai degrabă decât de g quante (vezi Fig. Conversie internă).

Orez. 2. Schema de descompunere a izomerului 80m 35 Br; E.Z - captura electronică.

Orez. 3. Schema decăderii de 242m 95 Am.

Un număr mare de tranziții izomerice ale multipolarității M4 sunt observate în timpul „descărcării” stărilor excitate ale nucleelor ​​impare, când numărul de protoni sau neutroni se apropie de numărul magic. numere (insule de izomerie). Acest lucru este explicat modelul de înveliș al nucleului, ca urmare a umplerii statelor vecine g 9/2 si p 1/2, precum si h 11/2 si d 3/2 (g, p, h, d- denumiri ale momentelor orbitale ale nucleonilor, indicii pentru acestea sunt valorile spinului).

Orez. 4. Schema decăderii de 180m 72 Hf.

Spre deosebire de exemplele date, starea izomeră 180m 72 Hf (Fig. 4) aparține unui nucleu stabil și are o energie de excitație relativ mare. Motivul izomeriei este tranziția g puternic slăbită E1 cu o energie de 57,6 keV, care este inhibată de 10 16 ori datorită diferențelor structurale dintre stările 8 - și 8 +. În 1962, la JINR a fost descoperit un nou tip de izomerie de fisiune. S-a dovedit că anumiți izotopi ai elementelor transuraniu U, Pu, Am, Cm și Bk au stări excitate cu o energie de ~2-3 MeV, care se descompun prin

Izomerii sunt nuclee atomice care au același număr de neutroni și protoni, dar proprietăți fizice diferite, în special timpi de înjumătățire diferit.

Orez. 6.1. Tranziția γ izomeră în nucleul 115 In.

Duratele de viață ale nucleelor ​​γ-radioactive sunt de obicei de ordinul 10 -12 -10 -17 s. În unele cazuri, când un grad ridicat de interdicție este combinat cu o energie scăzută a tranziției γ, pot fi observate nuclee γ-radioactive cu durate de viață de ordin macroscopic (până la câteva ore și uneori mai mult). Astfel de stări excitate de lungă durată ale nucleelor ​​sunt numite izomerii . Un exemplu tipic de izomer este izotopul indiului 115 In (Fig. 6.1). Starea fundamentală de 115 In are J P = 9/2 + . Primul nivel excitat are o energie egală cu 335 keV și o paritate de spin de J P = 1/2 - . Prin urmare, tranziția între aceste stări are loc doar prin emisia unui cuantic M4 γ. Această tranziție este atât de puternic interzisă încât timpul de înjumătățire al stării excitate se dovedește a fi de 4,5 ore.
Fenomenul de izomerie nucleară a fost descoperit în 1921 de O. Gann, care a descoperit că există două substanțe radioactive care au aceleași numere de masă A și număr atomic Z, dar diferă ca timp de înjumătățire. S-a demonstrat ulterior că aceasta a fost o stare izomeră de 234 m Pa. Potrivit lui Weizsäcker (Naturwiss. 24, 813, 1936), izomeria nucleară apare ori de câte ori impulsul unghiular al unui nucleu într-o stare excitată cu o energie de excitație scăzută diferă de momentul unghiular în orice stare care are o energie de excitație mai mică cu mai multe unități ћ. O stare izomeră (metastabilă) a fost definită ca o stare excitată cu o durată de viață măsurabilă. Pe măsură ce metodele experimentale pentru spectroscopie γ s-au îmbunătățit, timpii de înjumătățire măsurabil au scăzut la 10 -12 -10 -15 s.

Tabelul 6.1

Stări excitate 19 F

Ar trebui să se aștepte stări izomerice în care nivelurile de înveliș care sunt apropiate unul de celălalt ca energie diferă mult în valorile spin. În aceste zone sunt situate așa-numitele „insule izomerice”. Astfel, prezența unui izomer în izotopul 115 In de mai sus se datorează faptului că îi lipsește un proton pentru a ajunge la învelișul închis Z = 50), adică există o „găură” de proton. În starea fundamentală, această gaură se află în subshell 1g 9/2, iar în starea excitată, în subshell 1p 1/2. Această situație este tipică. Insulele de izomerie sunt situate imediat înaintea numerelor magice 50, 82 și 126 pe partea lui Z și N mai mici. Astfel, stările izomerice sunt observate în nucleele 86 Rb (N = 49), 131 Te (N = 79, care este aproape de 82), 199 Hg ( Z = 80, care este aproape de 82), etc. Rețineți că, alături de cele considerate, există și alte motive pentru apariția stărilor izomerice. În prezent, s-a descoperit un număr mare de izomeri cu un timp de înjumătățire de la câteva secunde la 3·106 ani (210m Bi). Mulți izotopi au mai multe stări izomerice. Tabelul 6.2 prezintă parametrii izomerilor cu viață lungă (T 1/2 > an).

Tabelul 6.2

Parametrii stărilor izomerice ale nucleelor ​​atomice

ISOMERIA NUCLEARĂ

Existența anumitor nuclee, împreună cu starea fundamentală, a stărilor excitate destul de longevive (metastabile), numite. izomeric. Fenomenul I.I. a fost descoperit în 1921 de O. Hahn, care a descoperit un radioact. o substanță pe care a numit-o uraniu Z (UZ), care avea același număr atomic Z și același număr de masă A, ca un alt radioact, substanța UX 2, dar se deosebea de ea prin timpul de înjumătățire. Ambele substanțe au fost produse ale dezintegrarii p a aceluiași element UX 1 (234 90 Th). Mai târziu s-a dovedit că UZ și UX 2 sunt stările fundamentale și izomerice ale nucleului de 234 91 Pa (starea izomeră este notă cu indicele T, de exemplu 234m 91 Ra). În 1935, I.V. Kurchatov, B.V. Kurchatov, L.V. Mysovsky și L.I. Rusinov au descoperit că atunci când izotopul stabil 79 35 Br este iradiat cu neutroni, se formează un radioact. izotopul 80 35 Br, care are două timpi de înjumătățire, care au corespuns dezintegrarilor de la sol și stărilor izomerice. Studiile ulterioare au relevat un număr mare de stări izomerice ale nucleelor ​​cu descompunere. timpii de înjumătățire de la 3. 10 6 ani (210m Bi) la mai mulți. mks si nici macar. Mn. nucleele au 2 izomeri și, de exemplu, 160 Dar are 4 stări izomerice. radiații gamma). Acest lucru se întâmplă de obicei atunci când o energie de tranziție mică este combinată cu o diferență mare în valorile momentelor numărului de mișcări I (momente unghiulare) de la început. și stări finale. Cu cât multipolaritatea este mai mare și cu cât energia de tranziție hw este mai mică, cu atât este mai mică probabilitatea unei tranziții y. În unele cazuri, slăbirea probabilității de emisie de g-quanta se explică prin trăsături structurale mai complexe ale stărilor nucleului, între care are loc o tranziție (diferite structuri ale nucleului în stările izomerice și subiacente). . Figurile 1 și 2 prezintă fragmente ale schemelor de descompunere pentru izomerii 234m 91 Pa și 80m 35 Br. În cazul protactiniului, motivul pentru I. i. este energia scăzută și multipolaritatea ridicată EZg-tranziție. Este atât de dificil încât, în majoritatea covârșitoare a cazurilor, izomerul suferă dezintegrare b (vezi. Dezintegrarea beta nuclee). Pentru anumiți izomeri, tranziția izomeră devine adesea complet neobservabilă. În cazul 80m 35 Vr I. I. este obligat la g-tranziția multipolarității MS.
Orez. 1. Schema dezintegrarii izomerului 234m 91 Ra. Stările fundamentale (0) și izomerice sunt evidențiate cu linii groase; în stânga sunt valorile spinilor și parităților (I p), în dreapta sunt multipolaritatea, energiile de nivel (în keV) și timpii de înjumătățire; Probabilitățile diferitelor canale de dezintegrare nucleară din starea izomeră sunt date în %.

Starea izomeră scade în principal prin tranziția g, dar în 5 din 1000 de cazuri se observă dezintegrare alfa.În exemplele date, tranzițiile izomerice sunt însoțite în majoritatea cazurilor de emisia de electroni de conversie mai degrabă decât de g-quanta (vezi Fig. Conversie internă).

Orez. 2. Schema de descompunere a izomerului 80m 35 Br; E.
Orez. 3. Schema decăderii de 242m 95 Am.

Un număr mare de tranziții izomerice ale multipolarității M4 sunt observate în timpul „descărcării” stărilor excitate ale nucleelor ​​impare, când numărul de protoni sau neutroni se apropie de numărul magic. numere (insule de izomerie). Acest lucru este explicat modelul de înveliș al nucleului, ca o consecință a umplerii de către nucleoni ai stărilor vecine, asemănătoare ca energie, dar foarte diferite ca spin, a stărilor g 9/2 și p 1/2, precum și h 11/2 și d 3/2 (g, p, h, d - desemnări pentru momentele orbitale ale nucleonilor, indicii pentru acestea sunt valorile spinului).

Orez. 4. Schema decăderii de 180m 72 Hf.

Spre deosebire de exemplele date, starea izomeră 180m 72 Hf (Fig. 4) aparține unui nucleu stabil și are o energie de excitație relativ mare. Motivul izomeriei este tranziția g puternic slăbită E1 cu o energie de 57,6 keV, care este inhibată de 10 16 ori datorită diferențelor structurale dintre stările 8 - și 8 +. În 1962, la JINR a fost descoperit un nou tip de izomerie de fisiune. S-a dovedit că anumiți izotopi ai elementelor transuraniu U, Pu, Am, Cm și Bk au stări excitate cu o energie de ~2-3 MeV, care se descompun prin fisiune nucleară spontană. Se presupune că această specie I. i. se explică prin diferența de formă a nucleelor ​​în stările izomere și fundamentale (vezi. Fisiune nucleara). Stările izomerice foarte excitate pot suferi dezintegrare a protonilor (vezi Radioactivitatea protonilor).Lit.: M ukhin K.N., Experimental nuclear physics 4th ed. vol. 1, M, 1983; Spectroscopie alfa, beta și gamma, trans. din engleza în 3. M., 1969; vezi si lit. si masa la art. Nuclid. A. I. Feoktistov.

• - Ei vorbesc de izomerie în cazurile în care, dintre multe gene care acționează în mod unic, fiecare individual poate provoca același efect fenotipic, iar prezența lor comună în genom fie îmbunătățește manifestarea...

  Termeni și definiții utilizate în reproducerea, genetica și reproducerea animalelor de fermă

• - existenţa unor compuşi identici ca compoziţie şi mol. masa, dar diferită fizic si chimic. Sfânt pentru tine. Asemenea conexiuni numit izomeri...

  Enciclopedie chimică

• - fenomen în chimie, cap. arr. organic, care constă în existența unor compuși identici ca compoziție și spunem. masă, dar diferă în structura sau aranjarea atomilor în spațiu și datorită...

  Marele Dicţionar Politehnic Enciclopedic

• - chimic. compuși, fenomen constând în existența izomerilor - compuși identici ca compoziție și mol. masa, dar diferă în ordinea legăturilor atomilor, poziția legăturilor multiple sau funcționale...

  Științele naturii. Dicţionar enciclopedic

• - in genetica, existenta mai multor gene care produc acelasi efect fenotipic...

  Dicționar medical mare

• - - În 1824, Liebig și Gay-Lussac au stabilit compoziția hidroxidului de argint și, pe baza datelor obținute, au recunoscut acidul fulminat anhidru ca un compus al cianogenului cu oxigenul C4N2O2...

  Dicționar enciclopedic al lui Brockhaus și Euphron

• - compuși chimici, fenomen constând în existența unor substanțe identice ca compoziție și greutate moleculară, dar diferă prin structura sau aranjarea atomilor în spațiu și, ca urmare, în...

  Marea Enciclopedie Sovietică

• - compuși chimici, fenomen constând în existența izomerilor - compuși identici ca compoziție și greutate moleculară, dar diferă prin structura sau aranjarea atomilor în spațiu și,...

  Dicționar enciclopedic mare

• - R., D., Pr....

  Dicționar de ortografie al limbii ruse

• - izomerie Un fenomen chimic constând în existența izomerilor...

  Dicţionar explicativ de Efremova

• - ...

  Dicționar de ortografie - carte de referință

• - izomer "...

  Dicționar de ortografie rusă

• - Proprietățile izomerelor...

  Dicționar de cuvinte străine ale limbii ruse

• - ...

  Forme de cuvinte

• - metamerism...

  Dicţionar de sinonime

• - Un set de permutări sau plasări a n elemente...

  Dicţionar de termeni lingvistici T.V. Mânz

„ISOMERIA NUCLEARĂ” în cărți

Evidențierea nucleară