Definicija i primjeri nuklearnih izomera

Nuklearni izomeri su atomi s istim masovni broj i atomski broj, ali s različitim stanjima uzbuđenja u atomsko jezgro. Viši ili više uzbuđeno stanje naziva se metastabilnim stanjem, dok se stabilno, neizuzetno stanje naziva osnovno stanje.

Većina ljudi je svjesna elektroni može promijeniti razinu energije i naći se u uzbuđenim stanjima. Analogni proces se događa u atomskom jezgru kada protoni ili neutroni (nukleoni) postaju uzbuđeni. Pobuđeni nukleon zauzima nuklearnu orbitu više energije. Većinu vremena uzbuđeni nukleoni vraćaju se odmah u osnovno stanje, ali ako ih uzbuđeno stanje ima poluživot duže od 100 do 1000 puta od normalnih pobuđenih stanja, smatra se metastabilnim stanjem. Drugim riječima, poluživot uzbuđenog stanja obično je redoslijed 10^-12 sekundi, dok vrijeme poluživota metastabilnog stanja iznosi 10^-9 sekundi ili duže. Neki izvori definiraju metastabilno stanje kao poluživot veći od 5 x 10^-9 sekundi kako bi se izbjegla zbrka s polu-životom emisije gama. Dok se većina metastabilnih stanja brzo raspada, neke traju minutima, satima, godinama ili puno duže.

razlog Oblik metastabilnih stanja je zato što je potrebna veća promjena nuklearnog spina kako bi se oni vratili u osnovno stanje. Velika promjena centrifuge čini propadanje "zabranjenim prijelazima" i odgađa ih. Na poluživot propadanja utječe i količina energije raspadanja.

Većina nuklearnih izomera vraća se u osnovno stanje putem raspada gama. Ponekad se imenuje gama propadanje iz metastabilnog stanja izomerni prijelaz, ali u osnovi je isto što i normalno propadanje gama kratkog vijeka. Suprotno tome, većina pobuđenih atomskih stanja (elektrona) vraća se u osnovno stanje putem fluorescence.

Drugi način metastabilnih izomera može propadati unutarnjom pretvorbom. U unutarnjoj pretvorbi, energija koja se oslobađa raspadom ubrzava unutarnji elektron, što ga dovodi do izlaska iz atoma znatnom energijom i brzinom. Postoje i drugi načini raspadanja za vrlo nestabilne nuklearne izomere.

Ozemljeno stanje je označeno simbolom g (kada se koristi bilo koji zapis). Uzbuđena stanja su označena pomoću simbola m, n, o, itd. Prvo metastabilno stanje označeno je slovom m. Ako određeni izotop ima više metastabilnih stanja, izomeri se označavaju m1, m2, m3, itd. Oznaka je navedena nakon masenog broja (npr. Kobalt 58m ili ^58m₂₇Co, hafnij-178m2 ili ^178m2₇₂HF).

Može se dodati simbol sf da označi izomere koji su sposobni spontane fisije. Ovaj se simbol koristi u Karlsruheovoj nuklidnoj karti.

Otto Hahn je prvi nuklearni izomer otkrio 1921. godine. Ovo je bio Pa-234m, koji propada u Pa-234.

Metastabilno stanje s najdužim životom je stanje od ^180m₇₃ Ta. Nije vidljivo da ovo metastabilno stanje tantala propada i čini se da traje najmanje 10¹⁵ godina (duže od doba svemira). Kako metastabilno stanje traje tako dugo, nuklearni izomer je u osnovi stabilan. Tantal-180m nalazi se u prirodi u obilju od oko 1 na 8300 atoma. Misli se da je možda nuklearni izomer napravljen u supernovama.

Metastabilni nuklearni izomeri nastaju nuklearnim reakcijama i mogu se proizvesti korištenjem nuklearna fuzija. Javljaju se i prirodno i umjetno.

Specifična vrsta nuklearnog izomera je izomer fisije ili izomer oblika. Fisioni izomeri naznačeni su upotrebom postkripta ili nadkripta "f" umjesto "m" (npr. Plutonij-240f ili ^240F₉₄Pu). Izraz "oblik izomera" odnosi se na oblik atomskog jezgra. Dok se atomsko jezgro prikazuje kao sfera, neke jezgre, poput većine aktinida, su prolatne sfere (u obliku nogometa). Zbog kvantno mehaničkih učinaka ometa se uklanjanje pobuđenih stanja u osnovno stanje, pa pobuđuju stanja imaju tendenciju spontane fisije ili se u drugom stanju vraćaju u osnovno stanje s poluživotom nanosekundi ili mikrosekundi. Protoni i neutroni izomera oblika mogu biti još dalje od sferne raspodjele od nukleona u osnovnom stanju.

Nuklearni izomeri mogu se koristiti kao izvori gama za medicinske postupke, nuklearne baterije, za istraživanje gama zraka stimulirana emisija i za gama-lasere.