Definícia a príklady jadrových izomérov

Jadrové izoméry sú atómy s rovnakými atómami hmotnostné číslo a atómové číslo, ale s rôznymi stavmi vzrušenia v atómové jadro. Čím vyššie alebo viac vzrušený stav sa nazýva metastabilný stav, zatiaľ čo stabilný nevykonaný stav sa nazýva základný stav.

Väčšina ľudí to vie elektróny môžu meniť hladiny energie a nachádzajú sa v vzrušených stavoch. Analogický proces sa vyskytuje v atómovom jadre, keď protóny alebo neutróny (nukleóny) sa nadchnú. Vzrušený nukleón zaberá nukleárny orbitál s vyššou energiou. Najčastejšie sa vzrušené nukleóny okamžite vracajú do základného stavu, ale ak má vzrušený stav polčas dlhšie ako 100 až 1 000-krát vyššie ako v normálnych excitovaných stavoch, považuje sa to za metastabilný stav. Inými slovami, polčas rozrušeného stavu je obyčajne rádovo 10^-12 sekundy, zatiaľ čo metastabilný stav má polčas 10^-9 sekundy alebo dlhšie. Niektoré zdroje definujú metastabilný stav ako polčas rozpadu väčší ako 5 x 10^-9 sekúnd, aby nedošlo k zámene s polčasom emisie gama. Zatiaľ čo väčšina metastabilných štátov sa rozpadá rýchlo, niektoré trvajú minúty, hodiny, roky alebo oveľa dlhšie.

dôvod forma metastabilných štátov je spôsobená tým, že na to, aby sa mohli vrátiť do základného stavu, je potrebná väčšia zmena jadrových spinov. Vysoká zmena rotácie spôsobuje rozpad „zakázaných prechodov“ a oneskoruje ich. Polčas rozpadu je tiež ovplyvnený tým, koľko energie rozpadu je k dispozícii.

Väčšina jadrových izomérov sa vracia do základného stavu prostredníctvom rozpadu gama. Niekedy sa nazýva gama rozpad z metastabilného stavu izomérny prechod, ale je to v podstate rovnaké ako pri bežnom rozklade gama s krátkodobým účinkom. Naopak, najviac vzrušené atómové stavy (elektróny) sa vrátia do základného stavu prostredníctvom fluorescence.

Ďalším spôsobom, ako sa môžu metastabilné izoméry rozpadnúť, je vnútorná premena. Vo vnútornej premene energia, ktorá sa uvoľňuje rozpadom, urýchľuje vnútorný elektrón, čo spôsobuje, že opúšťa atóm so značnou energiou a rýchlosťou. Pre vysoko nestabilné jadrové izoméry existujú iné spôsoby rozpadu.

Stav krajiny je označený symbolom g (ak sa používa notácia). Budiace stavy sa označujú symbolmi m, n, o atď. Prvý metastabilný stav je označený písmenom m. Ak má konkrétny izotop viac metastabilných stavov, označia sa izoméry m1, m2, m3 atď. Označenie je uvedené za číslom hmotnosti (napr. Kobalt 58 m alebo ^58m₂₇Co, hafnium-178m2 alebo ^178m2₇₂Hf).

Symbol sf sa môže pridať na označenie izomérov schopných spontánneho štiepenia. Tento symbol sa používa v Karlsruhe Nuclide Chart.

Otto Hahn objavil prvý jadrový izomér v roku 1921. To bolo Pa-234m, ktoré sa rozpadalo v Pa-234.

Najdlhší metastabilný štát je štátom ^{180 m}₇₃ Ta. Tento metastabilný stav tantalu nebol rozpadnutý a zdá sa, že trvá najmenej 10 rokov¹⁵ rokov (dlhšie ako vek vesmíru). Pretože metastabilný stav trvá tak dlho, jadrový izomér je v podstate stabilný. Tantal-180m sa v prírode vyskytuje v množstve približne 1 na 8300 atómov. Predpokladá sa, že jadrový izomér bol vyrobený v supernov.

Metastabilné jadrové izoméry sa vyskytujú prostredníctvom jadrových reakcií a dajú sa vyrobiť pomocou jadrová fúzia. Vyskytujú sa prirodzene aj umelo.

Špecifickým typom jadrového izoméru je štiepny izomér alebo izomér tvaru. Štiepne izoméry sa označujú pomocou postskriptového alebo horného indexu „f“ namiesto „m“ (napr. Plutónium-240f alebo ^240f₉₄Pu). Termín "tvarový izomér" sa týka tvaru atómového jadra. Zatiaľ čo atómové jadro má tendenciu byť znázornené ako guľa, niektoré jadrá, napríklad jadrá väčšiny aktinidov, sú prolátové gule (v tvare futbalu). Kvôli kvantovým mechanickým efektom je zabránené de-excitácii excitovaných stavov do základného stavu, takže excitované štáty majú tendenciu podstúpiť spontánne štiepenie alebo sa môžu vrátiť do základného stavu s polčasom nanosekundy alebo mikrosekundy. Protóny a neutróny tvarového izoméru môžu byť ešte ďalej zo sférickej distribúcie ako nukleóny v základnom stave.

Jadrové izoméry sa môžu použiť ako zdroje gama na lekárske výkony, jadrové batérie, na výskum gama lúč stimulované emisie a pre gama lúče.