Nukleáris izomer meghatározása és példák

A nukleáris izomerek atomok azonosak tömegszám és atomszám, de különböző gerjesztési állapotokkal az atommag. Minél magasabb vagy annál több izgatott állapot metastabil állapotnak, míg a stabil, ki nem használt állapotot alapállapotnak nevezik.

A legtöbb ember tudatában van elektronok megváltoztathatja az energiaszintet, és izgatott állapotokban található meg. Hasonló eljárás fordul elő az atommagban, ha protonok vagy neutronok (a nukleonok) izgatott lesz. A gerjesztett nukleon nagyobb energiájú nukleáris pályát foglal el. A gerjesztett nukleonok általában az alapállapotba tér vissza, de ha a gerjesztett állapotnak van felezési idő hosszabb, mint a normál gerjesztett állapotok 100-1000-szerese, metastabil állapotnak tekinthető. Más szavakkal, egy gerjesztett állapot felezési ideje általában 10-es^-12 másodperc, míg a metastabil állapot felezési ideje 10^-9 másodperc vagy annál tovább. Egyes források a metastabil állapotot úgy határozzák meg, hogy annak felezési ideje meghaladja az 5x10-et

Az ok Az átalakítható állapotok azért vannak kialakítva, mert nagyobb nukleáris spinváltásra van szükség ahhoz, hogy visszatérjenek az alapállapotba. A nagy centrifugálási változás a tiltásokat "tiltott átmenetekké" teszi, és késlelteti azokat. A bomlás felezési idejét befolyásolja az is, hogy mennyi bomlási energia áll rendelkezésre.

A legtöbb nukleáris izomer gamma-bomlás révén tér vissza az alapállapotba. Időnként metastabil állapotból származó gamma-bomlást neveznek izomer átmenet, de alapvetően ugyanaz, mint a normál rövid élettartamú gamma-bomlás. Ezzel szemben a legtöbb izgatott atomállapot (elektron) f útján tér vissza az alapállapotbafluoreszcenciás.

A metastabil izomerek bomlásának másik módja a belső átalakulás. A belső átalakulás során a bomlás által felszabaduló energia felgyorsítja a belső elektronot, ami azt eredményezi, hogy jelentős energiával és sebességgel távozik az atomból. Más bomlási módok léteznek az erősen instabil nukleáris izomerek esetében.

Az alapállapotot a g szimbólum jelzi (bármilyen jelölés használatakor). A gerjesztett állapotokat az m, n, o szimbólumokkal jelöljük. Az első metastabil állapotot m betű jelzi. Ha egy adott izotóp több metastabil állapotú, az izomereket m1, m2, m3 stb. A megjelölést a tömegszám után soroljuk fel (például 58 m kobalt vagy ^58m₂₇Co, hafnium-178m2 vagy ^178m2₇₂HF).

Az sf szimbólum hozzáadható a spontán hasadásra képes izomerek jelöléséhez. Ezt a szimbólumot a Karlsruhe nuklid diagramban használják.

Hato Othn 1921-ben fedezte fel az első nukleáris izomert. Ez Pa-234m volt, amely Pa-234-ben bomlik.

A leghosszabb élettartamú metastabil állapot az ^180m₇₃ Ta. A tantál ezen metastabil állapotát nem látta, hogy lebomlik, és úgy tűnik, legalább 10-ig tart¹⁵ év (hosszabb, mint az univerzum korában). Mivel a metastabil állapot hosszú ideig fennáll, a nukleáris izomer lényegében stabil. A tantál-180m a természetben 8300 atomra számítva körülbelül 1 mennyiségben található meg. Úgy gondolják, hogy a nukleáris izomert supernovákban készítették.

Metastabil nukleáris izomerek nukleáris reakciók során fordulnak elő, és felhasználhatók nukleáris fúzió. Természetesen és mesterségesen is előfordulnak.

A nukleáris izomer egy speciális típusa a hasadási izomer vagy az alak izomer. A hasadási izomereket "m" helyett egy "Post" vagy "" "felülírással (például plutónium-240f vagy ^240f₉₄Pu). A "alak izomer" kifejezés az atommag alakjára vonatkozik. Míg az atommag általában gömbként ábrázolódik, egyes magok, például a legtöbb aktinid atommag, prolatszférák (labdarúgás alakú). A kvantummechanikai hatások miatt a gerjesztett állapotok alapállapotba történő gerjesztése akadályozva van, így a gerjesztett az államok hajlamosak spontán hasadásra, vagy pedig nanoszekundum felezési idejével térnek vissza az alapállapotba, vagy ezredmásodperc. Az alak-izomer protonjai és neutronjai gömb alakú eloszlásból még távolabb lehetnek, mint a talajállapotú nukleonok.

A nukleáris izomerek gammaforrásként használhatók orvosi eljárásokhoz, nukleáris akkumulátorokhoz, valamint a gamma sugár stimulált emisszió és gamma sugaras lézerek esetén.