Izomerija atomskih jezgri. Nuklearna izomerija "nuklearna izomerija" u knjigama

Nuklearna bomba Nuklearna bomba je punjenje nuklearne tvari s posebnim uređajem ugrađenim u zrakoplovnu bombu, uz pomoć kojeg se u pravom trenutku može izazvati nuklearna reakcija, koja je popraćena trenutnim oslobađanjem unutarnuklearne energije - eksplozija Glavni dijelovi

Izomerija

Izomerija Izomerija (kemijska). – Godine 1824. Liebig i Gay-Lussac utvrdili su sastav srebrnog fulminata, te na temelju dobivenih podataka prepoznali bezvodni fulminat kao spoj cijanogena s kisikom C4N2O2 (C=6, 0=8, N=14). Iste godine Weller točnije

Povijesni podaci

Pojam izomerije atomskih jezgri nastao je 1921. godine, kada je njemački fizičar O. Hahn otkrio novu radioaktivnu tvar uran-Z (UZ), koja se ni po kemijskim svojstvima ni po masenom broju nije razlikovala od već poznatog urana-X2 ( UX 2), međutim, imao je drugačiji poluživot. U modernom zapisu, UZ i UX 2 odgovaraju osnovnom i izomernom stanju izotopa. Godine 1935. B.V.Kurchatov, L.V.Mysovsky i L.I.Rusinov otkrili su izomer umjetnog izotopa broma 80 Br, koji je nastao zajedno s osnovnim stanjem jezgre za vrijeme hvatanja neutrona stabilnim 79 Br. Time su postavljeni temelji za sustavno proučavanje ovog fenomena.

Teorijske informacije

Izomerna stanja razlikuju se od običnih pobuđenih stanja jezgri po tome što je vjerojatnost prijelaza u sva temeljna stanja za njih snažno potisnuta pravilima isključenja spina i pariteta. Konkretno, prijelazi s visokom multipolarnošću (to jest, velika promjena spina potrebna za prijelaz u osnovno stanje) i niska energija prijelaza su potisnuti.

Ponekad je pojava izomera povezana sa značajnom razlikom u obliku jezgre u različitim energetskim stanjima (kao kod 180 Hf).

Od najvećeg su interesa relativno stabilni izomeri s vremenom poluraspada od 10 -6 sekundi do mnogo godina. Izomeri su označeni slovom m(s engleskog metastabilan) u indeksu masenog broja (na primjer, 80 m Br) ili u gornjem desnom indeksu (na primjer, 80 Br m). Ako nuklid ima više od jednog metastabilnog pobuđenog stanja, ona se označavaju slovima prema rastućoj energiji m, n, str, q i dalje abecednim, odnosno slovnim redom m s dodanim brojem: m 1, m 2 itd.

Neki primjeri

Bilješke

Književnost

1. L. I. Rusinov // Izomerija atomskih jezgri. UFN. 1961. T. 73. br. 4. str. 615-630.
2. E. V. Tkalja. // Inducirani raspad nuklearnog izomera 178m2 Hf i “izomerna bomba”. UFN. 2005. T. 175. br. 5. str. 555-561.

vidi također

Zaklada Wikimedia. 2010.

Pogledajte što je "Izomerija atomskih jezgri" u drugim rječnicima:

- (od grč. isos jednak, identičan i meros udio, dio), postojanje određene at. jezgre metastabilnih stanja s relativno dugim životnim vijekom. Neki na. jezgri imaju nekoliko. izomerna stanja s različitim životnim vijekom. Koncept "I. A.…… Fizička enciklopedija

Fenomen koji se sastoji u postojanju dugotrajnih pobuđenih (metastabilnih) stanja atomskih jezgri. Prijelaz u nepobuđeno stanje događa se zbog? zračenje ili unutarnja konverzija... Veliki enciklopedijski rječnik

Postojanje metastabilnih stanja pobuđenih stanja s relativno dugim životnim vijekom u nekim atomskim jezgrama (vidi Atomska jezgra). Neke atomske jezgre imaju nekoliko izomernih stanja s različitim životnim vijekom.... ... Velika sovjetska enciklopedija

Fenomen koji se sastoji u postojanju dugotrajnih pobuđenih (metastabilnih) stanja atomskih jezgri. Prijelaz u nepobuđeno stanje događa se zbog γ zračenja ili unutarnje pretvorbe. * * * IZOMERIJA ATOMSKIH JEZGRA IZOMERIJA ATOMSKIH JEZGRA,... ... enciklopedijski rječnik

Fenomen koji se sastoji u postojanju dugotrajnih pobuđenih (metastabilnih) stanja atomskih jezgri. Prijelaz u nepobuđeno stanje događa se zbog y)gaia) zračenja ili pretvorbe unutarnjeg ... Prirodna znanost. enciklopedijski rječnik

Postojanje jezgri pojedinih nuklida u metastabilnoj pobuđenoj energiji. Države. Nuklidi s metastabilnim jezgrama označavaju se latiničnim slovom tv top. indeks lijevo od masenog broja. Stoga je metastabilni izomer 236Np označen kao 236mNp. I... Kemijska enciklopedija

Fenomen umjetnih radioaktivnih izotopa, izvanredno svjetsko otkriće (1935.) ruskog znanstvenika I.V.Kurchatova.

Izomeri su atomske jezgre koje imaju isti broj neutrona i protona, ali različita fizikalna svojstva, posebice različita vremena poluraspada.

Riža. 6.1. Izomerni γ prijelaz u jezgri 115 In.

Životni vijek γ-radioaktivnih jezgri obično je reda veličine 10 -12 –10 -17 s. U nekim slučajevima, kada se visoki stupanj zabrane kombinira s niskom energijom γ-prijelaza, mogu se uočiti γ-radioaktivne jezgre s životnim vijekom makroskopskog reda (do nekoliko sati, a ponekad i više). Takva dugotrajna pobuđena stanja jezgri nazivaju se izomeri . Tipičan primjer izomera je izotop indija 115 In (slika 6.1). Osnovno stanje 115 In ima J P = 9/2 + . Prva pobuđena razina ima energiju jednaku 335 keV i paritet spina J P = 1/2 - . Stoga se prijelaz između ovih stanja događa samo putem emisije M4 γ-kvanta. Ovaj prijelaz je tako strogo zabranjen da poluvrijeme raspada pobuđenog stanja iznosi 4,5 sata.
Fenomen nuklearne izomerije otkrio je 1921. O. Gann, koji je otkrio da postoje dvije radioaktivne tvari koje imaju isti maseni broj A i atomski broj Z, ali se razlikuju u vremenu poluraspada. Kasnije se pokazalo da je to izomerno stanje od 234 m Pa. Prema Weizsäckeru (Naturwiss. 24, 813, 1936), nuklearna izomerija se javlja kad god se kutna količina gibanja jezgre u pobuđenom stanju s niskom energijom pobude razlikuje od kutne količine gibanja u bilo kojem stanju s nižom energijom pobude za nekoliko jedinica ć. Izomerno (metastabilno) stanje definirano je kao pobuđeno stanje s mjerljivim životnim vijekom. Kako su se eksperimentalne metode za γ-spektroskopiju poboljšavale, mjerljivi poluživoti pali su na 10 -12 -10 -15 s.

Tablica 6.1

Pobuđena stanja 19 F

Izomerna stanja treba očekivati ​​tamo gdje se razine ljuski koje su bliske jedna drugoj u energiji jako razlikuju u vrijednostima spina. Upravo u tim područjima nalaze se takozvani "otoci izomerije". Dakle, prisutnost izomera u gornjem izotopu 115 In posljedica je činjenice da mu nedostaje jedan proton da dosegne zatvorenu ljusku Z = 50), tj. postoji jedna protonska "rupa". U osnovnom stanju ova se rupa nalazi u podljusci 1g 9/2, a u pobuđenom stanju u podljusci 1p 1/2. Ova situacija je tipična. Otoci izomerije nalaze se neposredno ispred magičnih brojeva 50, 82 i 126 sa strane manjih Z i N. Tako se izomerna stanja uočavaju u jezgrama 86 Rb (N = 49), 131 Te (N = 79, što je blizu 82), 199 Hg ( Z = 80, što je blizu 82), itd. Napominjemo da, uz razmatrane, postoje i drugi razlozi za pojavu izomernih stanja. Trenutno je otkriven veliki broj izomera s vremenom poluraspada od nekoliko sekundi do 3·10 6 godina (210m Bi). Mnogi izotopi imaju nekoliko izomernih stanja. U tablici 6.2 prikazani su parametri dugoživućih izomera (T 1/2 > godina).

Tablica 6.2

Parametri izomernih stanja atomskih jezgri

IZOMERIJA ATOMSKIH JEZGRA, postojanje nekih atomskih jezgri, uz osnovno stanje, dugoživućih (metastabilnih) pobuđenih stanja, nazvanih izomernim. Povijesno gledano, stanja s životnim vijekom koji se može izravno mjeriti (više od 0,01 μs) smatraju se izomernim. Fenomen izomerije nastaje zbog oštre razlike u strukturi susjednih stanja (pobuđenog i osnovnog), što dovodi do značajnog smanjenja vjerojatnosti raspada pobuđenog stanja (ponekad za mnogo redova veličine).

Prvu naznaku o postojanju nuklearnih izomera dobio je 1921. O. Hahn, koji je među produktima raspada urana otkrio radioaktivnu tvar koja je uz isti atomski broj Z i maseni broj A imala dva potpuno različita puta radioaktivnog raspada. Međutim, datumom otkrića izomerije atomskih jezgri smatra se 1935. godina, kada je grupa sovjetskih znanstvenika pod vodstvom I.V.Kurchatova otkrila stvaranje tri radioaktivna izotopa s različitim poluživotom pri ozračivanju broma sporim neutronima.

Naknadno se pokazalo da je ovaj fenomen prilično raširen; već je poznato nekoliko stotina izomernih stanja, a neke jezgre mogu imati nekoliko takvih stanja. Na primjer, jezgra hafnija s A = 175 ima 5 stanja s životnim vijekom većim od 0,1 μs.

Neizostavan uvjet za postojanje izomernog stanja jezgre je postojanje neke vrste zabrane radijacijskih prijelaza iz izomernih u stanja s nižom energijom. Postoji niz poznatih značajki nuklearne strukture koje uzrokuju takvu zabranu: razlika u kutnim momentima (spinovima) izomernog i osnovnog stanja, što dovodi do radijacijskih prijelaza visoke multipolnosti, različite orijentacije spinova u odnosu na željenu os u jezgra, različiti oblici jezgri u oba stanja.

Raspad izomernih stanja obično je popraćen emisijom elektrona ili γ kvanta, što rezultira stvaranjem iste jezgre, ali u stanju niže energije. Ponekad je beta raspad vjerojatniji. Izomeri teških elemenata mogu se raspasti spontanom fisijom. Izomerna stanja jezgri s velikom vjerojatnošću spontane fisije nazivaju se fisijski izomeri. Poznato je oko 30 jezgri (izotopi U, Pu, Am, Cm, Bk), za koje je vjerojatnost spontane fisije u izomernom stanju približno 10 26 puta veća nego u glavnom stanju.

Izomerija atomskih jezgri važan je izvor informacija o strukturi atomskih jezgri; proučavanje izomera pomoglo je utvrditi redoslijed punjenja nuklearnih ljuski. Na temelju životnog vijeka izomera može se prosuditi o vrijednostima zabrana radijacijskih prijelaza i njihovoj povezanosti s nuklearnom strukturom.

Nuklearni izomeri također nalaze praktičnu primjenu. Na primjer, u aktivacijskoj analizi, njihovo formiranje u nekim slučajevima omogućuje postizanje veće osjetljivosti metode. Dugoživući nuklearni izomeri smatraju se mogućim uređajima za pohranu energije u budućnosti.

Lit.: Korsunsky M.I. Izomerija atomskih jezgri. M., 1954.; Polikanov S. M. Izomerija oblika atomskih jezgri. M., 1977.

NUKLEARNA IZOMERIJA- postojanje određenih jezgri, uz osnovno stanje, prilično dugovječnih (metastabilnih) pobuđenih stanja, tzv. izomerni. Fenomen I. I. je 1921. otkrio O. Hahn, koji je otkrio radioakt. tvar koju je nazvao uran Z (UZ), koja je imala isti atomski broj Z i maseni broj A, kao još jedan radioaktiv, tvar UX 2, ali se od nje razlikovao po vremenu poluraspada. Obje tvari bile su produkti p-raspada istog elementa UX 1 (234 90 Th). Kasnije se pokazalo da su UZ i UX 2 osnovno i izomerno stanje jezgre 234 91 Pa (izomerno stanje je označeno indeksom T, npr. 234m 91 Ra). Godine 1935. I.V.Kurchatov, L.V.Mysovsky i L.I.Rusinov otkrili su da se pri ozračivanju stabilnog izotopa 79 35 Br stvara radioaktan. izotop 80 35 Br, koji ima dva, što odgovara raspadima iz osnovnog i izomernog stanja. Daljnja istraživanja otkrila su veliki broj izomernih stanja jezgri s raspadom. poluživoti od 3. 10 6 godina (210m Bi) do nekoliko. mks pa čak ni. Mn. jezgre imaju po 2, a npr. 160 Ali ima 4 izomerna stanja. Razlog I. I. je slabljenje vjerojatnosti emisije gama zraka iz pobuđenog stanja (vidi. Gama zračenje To se obično događa kada se mala energija prijelaza kombinira s velikom razlikom u vrijednostima trenutaka broja pokreta I (kutni momenti) od početka. i završna stanja. Što je veća multipolarnost i manja energija hw prijelaza, manja je vjerojatnost y-prijelaza. U nekim slučajevima, slabljenje vjerojatnosti emisije g-kvanta objašnjava se složenijim strukturnim značajkama stanja jezgre, između kojih dolazi do prijelaza (različite strukture jezgre u izomernim i temeljnim stanjima). Na sl. Slike 1 i 2 prikazuju fragmente shema razgradnje za izomere 234m 91 Pa i 80m 35 Br. U slučaju protaktinija, razlog za I. i. je niska energija i visoka multipolarnost EZ g-tranzicija. To je toliko teško da u velikoj većini slučajeva izomer prolazi kroz b-raspad (vidi. Beta raspad jezgre). Za određene izomere, izomerni prijelaz često postaje potpuno nevidljiv. U slučaju 80m 35 Vr I. I. dužan je g-tranziciji multipolarnosti MS. Jezgra prelazi iz izomernog stanja (I p = 5 -) u stanje niže energije (2 -), koje u kratkom vremenu prelazi u osnovno stanje. nuklearna država 80 35 Br. U slučaju jezgre 242 Am (slika 3) I. i. povezan s g-prijelazom multipolarnosti E4.

Riža. 1. Shema raspada 234m 91 Ra izomera. Osnovno (0) i izomerno stanje istaknuto je debelim linijama; lijevo su vrijednosti spinova i pariteta (I p), desno su multipolarnost, energije razine (u keV) i poluživoti; Vjerojatnosti različitih kanala nuklearnog raspada iz izomernog stanja dane su u %.

Izomerno stanje se uglavnom raspada kroz g-prijelaz, ali u 5 od 1000 slučajeva opaža se alfa raspad U danim primjerima, izomerni prijelazi su u većini slučajeva popraćeni emisijom pretvorbenih elektrona, a ne g kvanta (vidi sl. Interna konverzija).

Riža. 2. Shema razgradnje 80m 35 Br izomera; E.Z - elektroničko hvatanje.

Riža. 3. Shema raspada 242m 95 Am.

Velik broj izomernih prijelaza multipolarnosti M4 opaža se tijekom “pražnjenja” pobuđenih stanja neparnih jezgri, kada se broj protona ili neutrona približava magičnom broju. brojevi (otoci izomerije). Ovo je objašnjeno shell model jezgre, kao posljedica popunjavanja susjednih stanja g 9/2 i p 1/2, kao i h 11/2 i d 3/2 (g, p, h, d- oznake orbitalnih momenata nukleona, indeksi za njih su vrijednosti spina).

Riža. 4. Shema raspada 180m 72 Hf.

Za razliku od navedenih primjera, izomerno stanje 180m 72 Hf (slika 4) pripada stabilnoj jezgri i ima relativno visoku energiju pobude. Razlog izomerije je jako oslabljeni g-prijelaz E1 s energijom od 57,6 keV, koji je inhibiran 10 16 puta zbog strukturnih razlika između 8 - i 8 + stanja. Godine 1962. u JINR-u je otkrivena nova vrsta fisijske izomerije. Pokazalo se da određeni izotopi transuranijevih elemenata U, Pu, Am, Cm i Bk imaju pobuđena stanja s energijom ~2-3 MeV, koja se raspadaju