Definiție și exemple de izomeri nucleari

Izomerii nucleari sunt atomi cu aceiași numar de masa și numar atomic, dar cu diferite stări de excitare în nucleul atomic. Cu cât este mai mare sau mai mare stare excitată se numește stare metastabilă, în timp ce starea stabilă și neexcitată se numește stare solă.

Majoritatea oamenilor sunt conștienți electroni poate schimba nivelul de energie și poate fi găsit în stări excitate. Un proces analog are loc în nucleul atomic când protonii sau neutronii (nucleonii) devin excitați. Nucleul excitat ocupă un orbital nuclear cu energie mai mare. De cele mai multe ori, nucleonii excitați revin imediat la starea solului, dar dacă starea excitată are o jumătate de viață mai lung de 100 până la 1000 de ori mai mult decât stările normale excitate, este considerat o stare metastabilă. Cu alte cuvinte, timpul de înjumătățire a unei stări excitate este de obicei de ordinul 10^-12 secunde, în timp ce o stare metastabilă are un timp de înjumătățire plasmatică de 10

motiv Forma de stări metastabile se datorează faptului că este necesară o schimbare mai mare a spinului nuclear pentru ca acestea să revină la starea solară. Schimbarea mare de rotire face ca decăderile „tranzițiile interzise” și le întârzie. Timpul de înjumătățire înjumătățire este, de asemenea, afectat de câtă energie disponibilă.

Majoritatea izomerilor nucleari revin la starea solului prin descompunere gamma. Uneori, denumirea de gamma dintr-o stare metastabilă este numită tranziție izomerică, dar este, în esență, același lucru cu decăderea gamma normală de scurtă durată. În schimb, cele mai excitate stări atomice (electroni) revin la starea solului prin fluorescence.

Un alt mod în care izomerii metastabili se pot descompune este prin conversia internă. În conversia internă, energia care este eliberată de cariune accelerează un electron interior, determinând ieșirea din atom cu energie și viteză considerabile. Există și alte moduri de descompunere pentru izomerii nucleari extrem de instabili.

Starea la sol este indicată folosind simbolul g (atunci când se folosește orice notare). Stările excitate sunt notate folosind simbolurile m, n, o etc. Prima stare metastabilă este indicată de litera m. Dacă un izotop specific are mai multe stări metastabile, izomerii sunt desemnați m1, m2, m3 etc. Denumirea este listată după numărul de masă (de exemplu, cobalt 58m sau ^58m₂₇Co, hafnium-178m2 sau ^178m2₇₂Hf).

Simbolul sf poate fi adăugat pentru a indica izomerii capabili de fisiune spontană. Acest simbol este utilizat în Graficul Nuclidului Karlsruhe.

Otto Hahn a descoperit primul izomer nuclear în 1921. Acesta a fost Pa-234m, care se descompune în Pa-234.

Cea mai longevivă stare metastabilă este aceea a ^180m₇₃ Ta. Această stare metalabilă de tantal nu a fost văzută să se descompună și pare să dureze cel puțin 10¹⁵ ani (mai lungi decât vârsta universului). Deoarece starea metastabilă durează atât de mult, izomerul nuclear este în esență stabil. Tantal-180m se găsește în natură la o abundență de aproximativ 1 la 8300 de atomi. Se crede că poate izomerul nuclear a fost făcut în supernove.

Izomerii nucleari metastabili apar prin reacții nucleare și pot fi produși folosind fuziune nucleară. Ele apar atât în ​​mod natural, cât și artificial.

Un tip specific de izomer nuclear este izomerul de fisiune sau izomerul de formă. Izomerii de fisiune sunt indicați folosind un postscript sau un superscript "f" în loc de "m" (de exemplu, plutoniu-240f sau ^240f₉₄Pu). Termenul "izomer de formă" se referă la forma nucleului atomic. În timp ce nucleul atomic tinde să fie descris ca o sferă, unele nuclee, precum cele ale majorității actinidelor, sunt sfere prolate (în formă de fotbal). Din cauza efectelor mecanice cuantice, de-excitarea stărilor excitate la starea solului este împiedicată, deci excitatul statele au tendința de a suferi fisiune spontană sau de a reveni la starea solului cu un timp de înjumătățire a nanosecundelor sau microsecunde. Protonii și neutronii unui izomer de formă pot fi chiar mai departe de o distribuție sferică decât nucleonii de la starea la sol.

Izomerii nucleari pot fi folosiți ca surse gamma pentru proceduri medicale, baterii nucleare, pentru cercetare raze gamma emisie stimulată și pentru lasere cu raze gamma.