Izomeret nukleare. Izomerizmi bërthamor
Izomerët janë bërthama atomike që kanë të njëjtin numër neutronesh dhe protonesh, por të ndryshëm vetitë fizike, në veçanti gjysmëjet e ndryshme.
Oriz. 6.1. Kalimi izomerik γ në bërthamën 115 In.
Jetëgjatësia e bërthamave γ-radioaktive është zakonisht e rendit 10 -12 -10 -17 s. Në disa raste, kur një shkallë e lartë ndalimi kombinohet me një energji të ulët të tranzicionit γ, mund të vërehen bërthama γ-radioaktive me jetëgjatësi të rendit makroskopik (deri në disa orë, dhe nganjëherë më shumë). Gjendje të tilla të ngacmuara jetëgjata të bërthamave quhen izomere
.
Një shembull tipik i një izomeri është izotopi i indiumit 115 In (Fig. 6.1). Gjendja bazë e 115 In ka J P = 9/2 + . Niveli i parë i ngacmuar ka një energji të barabartë me 335 keV dhe një paritet spin J P = 1/2 - . Prandaj, kalimi midis këtyre gjendjeve ndodh vetëm përmes emetimit të një kuanti M4 γ. Ky tranzicion është aq fort i ndaluar sa gjysma e jetës së gjendjes së ngacmuar rezulton të jetë 4.5 orë.
Fenomeni i izomerizmit bërthamor u zbulua në vitin 1921 nga O. Gann, i cili zbuloi se ekzistojnë dy substanca radioaktive që kanë të njëjtin numër masiv A dhe numër atomik Z, por ndryshojnë në gjysmë-jetën. Më vonë u tregua se kjo ishte një gjendje izomere prej 234m Pa. Sipas Weizsäcker (Naturwiss. 24, 813, 1936), izomerizmi bërthamor ndodh sa herë që momenti këndor i një bërthame në një gjendje të ngacmuar me një energji të ulët ngacmimi ndryshon nga momenti këndor në çdo gjendje që ka një energji më të ulët ngacmimi me disa njësi ћ. Një gjendje izomere (metastabile) përkufizohej si një gjendje e ngacmuar me një jetëgjatësi të matshme. Ndërsa metodat eksperimentale për spektroskopinë γ u përmirësuan, gjysma e jetës së matshme ra në 10 -12 -10 -15 s.
Tabela 6.1
Gjendje të emocionuara 19 F
| Energjia shtetërore, keV | Barazia e rrotullimit | Gjysem jete |
|---|---|---|
| 0.0 | 1/2+ | të qëndrueshme |
| 109.894 | 1/2– | 0,591 ns |
| 197.143 | 5/2+ | 89.3 ns |
| 1345.67 | 5/2– | 2.86 ps |
| 1458.7 | 3/2– | 62 fs |
| 1554.038 | 3/2+ | 3,5 fs |
| 2779.849 | 9/2+ | 194 fs |
| 3908.17 | 3/2+ | 6 fs |
| 3998.7 | 7/2– | 13 fs |
| 4032.5 | 9/2– | 46 fs |
| 4377.700 | 7/2+ | < 7.6 фс |
| 4549.9 | 5/2+ | < 35 фс |
| 4556.1 | 3/2– | 12 fs |
| 4648 | 13/2+ | 2.6 ps |
| 4682.5 | 5/2– | 10,7 fs |
| 5106.6 | 5/2+ | < 21 фс |
| 5337 | 1/2(+) | ≤ 0,07 fs |
| 5418 | 7/2– | 2.6 eV |
| 5463,5 | 7/2+ | ≤ 0,18 fs |
| 5500.7 | 3/2+ | 4 keV |
| 5535 | 5/2+ | |
| 5621 | 5/2– | < 0.9 фс |
| 5938 | 1/2+ | |
| 6070 | 7/2+ | 1.2 keV |
| 6088 | 3/2– | 4 keV |
| 6100 | 9/2– |
|
| 6160.6 | 7/2– | 3.7 eV |
| 6255 | 1/2+ | 8 keV |
| 6282 | 5/2+ | 2.4 keV |
| 6330 | 7/2+ | 2.4 keV |
| 6429 | 1/2– | 280 keV |
| 6496.7 | 3/2+ |
Gjendjet izomere duhet të priten ku nivelet e guaskës që janë afër njëri-tjetrit në energji ndryshojnë shumë në vlerat e rrotullimit. Pikërisht në këto zona ndodhen të ashtuquajturat "ishuj të izomerizmit". Pra, prania e një izomeri në izotopin e mësipërm 115 në është për faktin se i mungon një proton për të arritur në guaskën e mbyllur Z = 50), d.m.th., ekziston një "vrimë" e protonit. Në gjendjen bazë, kjo vrimë është në nënshtresën 1g 9/2, dhe në gjendjen e ngacmuar, në nënshtresën 1p 1/2. Kjo situatë është tipike. Ishujt e izomerizmit ndodhen menjëherë përpara numrave magjikë 50, 82 dhe 126 në anën e Z dhe N më të vogël. Kështu, gjendjet izomerike vërehen në bërthamat 86 Rb (N = 49), 131 Te (N = 79, që është afër 82), 199 Hg (Z = 80, që është afër 82), etj. Vini re se, së bashku me ato të konsideruara, ka edhe arsye të tjera për shfaqjen e gjendjeve izomere. Aktualisht, një numër i madh izomerësh janë zbuluar me gjysmë jetë nga disa sekonda deri në 3·10 6 vjet (210m Bi). Shumë izotope kanë disa gjendje izomere. Tabela 6.2 tregon parametrat e izomerëve jetëgjatë (T 1/2 > vit).
Tabela 6.2
Parametrat e gjendjeve izomere bërthamat atomike
| Z-XX-A | N | Energjia e gjendjes izomere, MeV | JP | T 1/2, G, prevalenca | Mënyrat e kalbjes |
|---|---|---|---|---|---|
| 73-Ta-180 | 107 | 0.077 | 9 - |
0.012% >1.2·10 15 vjet |
|
| 83-Bi-210 | 127 | 0.271 | 9 - | 3.04·10 6 vjet | α 100% |
| 75-Re-186 | 111 | 0.149 | 8 + | 2 · 10 5 vjet | IT 100% |
| 67-Ho-166 | 99 | 0.006 | 7 - | 1.2·10 3 vjet | β - 100% |
| 47-Ag-108 | 61 | 0.109 | 6 + | 418 vjet | e 91,30%, IT 8.70% |
| 77-Ir-192 | 115 | 0.168 | 11 - | 241 | IT 100% |
| 95-A-242 | 147 | 0.049 | 5 - | 141 vjeç | SF<4.47·10 -9 %, IT 99,55%, α 0,45% |
| 50-Sn-121 | 71 | 0.006 | 11/2 - | 43.9 vjet | IT 77,60%, β - 22,40% |
| 72-Hf-178 | 106 | 2.446 | 16 + | 31 vjeç | IT 100% |
| 41-Nb-93 | 52 | 0.031 | 1/2 - | 16.13 vjeç | IT 100% |
| 48-Cd-113 | 65 | 0.264 | 11/2 - | 14.1 vjet | β - 99,86%, IT 0.14% |
| 45-Rh-102 | 57 | 0.141 | 6 + | ≈2.9 vjet | e 99,77%, IT 0.23% |
| 99-Es-247 | 148 | 625 ditë | α |
Në të gjitha shtetet themelore, ato janë të shtypura fort nga rregullat e ndalimit të spinit dhe barazisë. Në veçanti, shtypen tranzicionet me multipolaritet të lartë (d.m.th., një ndryshim i madh në rrotullimin e kërkuar për një kalim në gjendjen themelore) dhe energji të ulët të tranzicionit. Ndonjëherë shfaqja e izomerëve shoqërohet me një ndryshim domethënës në formën e bërthamës në gjendje të ndryshme energjetike (si në 180 Hf).
Izomerët përcaktohen me shkronjë m(nga anglishtja metastabile) në indeksin e numrave në masë (për shembull, 80 m Br) ose në indeksin e sipërm djathtas (për shembull, 80 Br m). Nëse një nuklid ka më shumë se një gjendje të ngacmuar metastabile, ato caktohen sipas renditjes së rritjes së energjisë me shkronja. m, n, fq, q dhe më tej sipas alfabetit, ose sipas shkronjave m me numrin e shtuar: m 1, m 2, etj.
Me interes më të madh janë izomerët relativisht të qëndrueshëm me gjysmë jetë nga 10 -6 sek deri në shumë vite.
Histori
Koncepti i izomerizmit të bërthamave atomike lindi në vitin 1921, kur fizikani gjerman O. Hahn, duke studiuar zbërthimin beta të torium-234, i njohur në atë kohë si "uranium-X1" (UX 1), zbuloi një substancë të re radioaktive "uranium". -Z” (UZ ), i cili nuk ndryshonte as në vetitë kimike dhe as në masë nga “uraniumi-X2” i njohur tashmë (UX 2), por kishte një gjysmë jetë të ndryshme. Në shënimet moderne, UZ dhe UX 2 korrespondojnë me gjendjet izomerike dhe bazë të izotopit 234 Pa. Në vitin 1935, B.V. Kurchatov, L.V.Mysovsky dhe L.I Rusinov zbuluan një izomer të bromit artificial 80, i formuar së bashku me gjendjen bazë të bërthamës gjatë kapjes së neutroneve nga stalla 79. Tre vjet më vonë, nën udhëheqjen e I.V. Kurchatov, u vërtetua se tranzicioni izomerik i bromit-80 ndodh kryesisht përmes shndërrimit të brendshëm, dhe jo përmes emetimit të kuanteve gama. E gjithë kjo hodhi bazën për një studim sistematik të këtij fenomeni. Teorikisht, izomerizmi bërthamor u përshkrua nga Karl Weizsäcker në 1936.
Vetitë fizike
Zbërthimi i gjendjeve izomere mund të kryhet nga:
- kalimi izomerik në gjendjen bazë (me emetim të një kuantike gama ose përmes konvertimit të brendshëm);
- zbërthimi beta dhe kapja e elektroneve;
- ndarje spontane (për bërthama të rënda);
- rrezatimi proton (për izomerët shumë të ngacmuar).
Probabiliteti i një opsioni të veçantë të kalbjes përcaktohet nga struktura e brendshme e bërthamës dhe nivelet e saj të energjisë (si dhe nivelet e bërthamave - produktet e mundshme të kalbjes).
Në disa zona me numra masiv ekzistojnë të ashtuquajturat. ishujt e izomerizmit (në këto zona izomerët janë veçanërisht të zakonshëm). Ky fenomen shpjegohet me modelin e guaskës bërthamore, i cili parashikon ekzistencën në bërthama teke të niveleve bërthamore të afërta energjetike me diferenca të mëdha spin kur numri i protoneve ose neutroneve është afër numrave magjikë.
Disa shembuj
Shiko gjithashtu
Shënime
- Otto Hahn.Über eine neue radioaktive Substanz im Uran (gjermanisht) // Berichte der Deutschen Chemischen Gesellschaft (anglisht) rusisht: revistë. - 1921. - Bd. 54, Nr. 6. - S. 1131-1142. - DOI:10.1002/cber.19210540602.
- D. E. Alburger. Izomerizmi bërthamor// Handbuch der physik / S. Flügge. - Springer-Verlag, 1957. - T. 42: Kernreaktionen III / Nuclear Reactions III. - P. 1.
- J. V. Kourtchatov, B. V. Kourtchatov, L. V. Misowski, L. I. Roussinov. Sur un cas de radioactivité artificielle provokée par un bombardement de neutrons, sans capture du neutron (frëngjisht) // Comptes rendus hebdomadaires des séances de l "Académie des Sciences (anglisht) rusisht: revistë. - 1935. - Vëll. 200. - F. 1201-1203.
- , Me. 617.
- C. von Weizsäcker. Metastabile Zustände der Atomkerne (anglisht) // Naturwissenschaften (anglisht) rusisht: ditar. - 1936. - Vëll. 24, nr. 51. - F. 813-814.
- Konstantin Mukhin. Fizika bërthamore ekzotike për kuriozët (rusisht) // Shkenca dhe jeta. - 2017. - Nr. 4. - fq 96-100.
- G.Audi et al. Vlerësimi NUBASE i vetive bërthamore dhe të kalbjes. Nuclear Physics A, 1997, vëll. 624, faqe 1-124. Kopje e arkivuar (e pacaktuar) (lidhja e padisponueshme). Marrë më 17 mars 2008.
Informacion historik
Koncepti i izomerizmit të bërthamave atomike lindi në vitin 1921, kur fizikani gjerman O. Hahn zbuloi një substancë të re radioaktive uranium-Z (UZ), e cila nuk ndryshonte as në vetitë kimike dhe as në masë nga uraniumi-X2 tashmë i njohur ( UX 2), megjithatë kishte një gjysmë jetë të ndryshme. Në shënimin modern, UZ dhe UX 2 korrespondojnë me gjendjet tokësore dhe izomere të izotopit. Në vitin 1935, B.V. Kurchatov, L.V.Mysovsky dhe L.I Rusinov zbuluan një izomer të bromit artificial 80, i formuar së bashku me gjendjen bazë të bërthamës gjatë kapjes së neutroneve nga stalla 79. Kjo hodhi bazën për një studim sistematik të këtij fenomeni.
Informacion teorik
Gjendjet izomere ndryshojnë nga gjendjet e zakonshme të ngacmuara të bërthamave në atë që probabiliteti i kalimit në të gjitha gjendjet themelore për to është i ndrydhur fuqishëm nga rregullat e përjashtimit të spinit dhe barazisë. Në veçanti, tranzicionet me multipolaritet të lartë (d.m.th., një ndryshim i madh rrotullimi i nevojshëm për një kalim në gjendjen themelore) dhe energji të ulët të tranzicionit shtypen.
Ndonjëherë shfaqja e izomerëve shoqërohet me një ndryshim domethënës në formën e bërthamës në gjendje të ndryshme energjetike (si në 180 Hf).
Me interes më të madh janë izomerët relativisht të qëndrueshëm me gjysmë jetë nga 10 -6 sek deri në shumë vite. Izomerët përcaktohen me shkronjë m(nga anglishtja metastabile) në indeksin e numrave në masë (për shembull, 80 m Br) ose në indeksin e sipërm djathtas (për shembull, 80 Br m). Nëse një nuklid ka më shumë se një gjendje të ngacmuar metastabile, ato caktohen sipas renditjes së rritjes së energjisë me shkronja. m, n, fq, q dhe më tej sipas alfabetit, ose sipas shkronjave m me numrin e shtuar: m 1, m 2, etj.
Disa shembuj
Shënime
Letërsia
- L. I. Rusinov // Izomerizmi i bërthamave atomike. UFN. 1961. T. 73. Nr 4. F. 615-630.
- E. V. Tkalya. // Prishja e induktuar e izomerit bërthamor 178m2 Hf dhe "bombës izomere". UFN. 2005. T. 175. Nr 5. P. 555-561.
Shiko gjithashtu
Fondacioni Wikimedia. 2010.
Shihni se çfarë është "Izomerizmi i bërthamave atomike" në fjalorë të tjerë:
- (nga greqishtja isos barabartë, identike dhe meros pjesë, pjesë), ekzistenca e një të caktuar at. bërthamat e gjendjeve metastabile me jetëgjatësi relativisht të gjatë. Disa në. bërthamat kanë disa. gjendje izomere me jetëgjatësi të ndryshme. Koncepti i "I. A.…… Enciklopedia fizike
Një fenomen që konsiston në ekzistencën e gjendjeve të ngacmuara (metastabile) jetëgjata të bërthamave atomike. Kalimi në një gjendje jo të ngacmuar ndodh për shkak të? rrezatimi ose shndërrimi i brendshëm... Fjalori i madh enciklopedik
Ekzistenca e gjendjeve metastabile të gjendjeve të ngacmuara me jetëgjatësi relativisht të gjatë në disa bërthama atomike (shih bërthamën atomike). Disa bërthama atomike kanë disa gjendje izomere me jetëgjatësi të ndryshme. ... Enciklopedia e Madhe Sovjetike
Një fenomen që konsiston në ekzistencën e gjendjeve të ngacmuara (metastabile) jetëgjata të bërthamave atomike. Kalimi në një gjendje të pangacmuar ndodh për shkak të rrezatimit γ ose shndërrimit të brendshëm. * * * IZOMERIZMI I Bërthamave ATOMIKE ISOMERIZMI I BËRTHAMËS ATOMIKE,... ... fjalor enciklopedik
Një fenomen që konsiston në ekzistencën e gjendjeve të ngacmuara (metastabile) jetëgjata të bërthamave atomike. Kalimi në një gjendje të pangacmuar ndodh për shkak të y)gaia) rrezatimit ose konvertimit të brendshëm ... Shkenca natyrore. fjalor enciklopedik
Ekzistenca e bërthamave të nuklideve të caktuara në energjinë e ngacmuar metastabile. shteteve. Nuklidet me bërthama metastabile përcaktohen me germën latine tv top. indeksi në të majtë të numrit të masës. Kështu, izomeri metastabil 236Np është caktuar 236mNp. DHE… Enciklopedia kimike
Fenomeni i izotopeve radioaktive artificiale, një zbulim i jashtëzakonshëm botëror (1935) i shkencëtarit rus I.V.
ISOMERIA E Bërthamës Atomike, ekzistenca e disa bërthamave atomike, së bashku me gjendjen bazë, të gjendjeve të ngacmuara jetëgjatë (metastabile), të quajtura izomere. Historikisht, gjendjet me jetëgjatësi që mund të maten drejtpërdrejt (më shumë se 0.01 μs) konsiderohen izomere. Fenomeni i izomerizmit lind për shkak të një ndryshimi të mprehtë në strukturën e shteteve fqinje (të ngacmuara dhe të tokës), gjë që çon në një ulje të ndjeshme të probabilitetit të prishjes së gjendjes së ngacmuar (nganjëherë me shumë rend të madhësisë).
Treguesi i parë për ekzistencën e izomereve bërthamore u mor në vitin 1921 nga O. Hahn, i cili zbuloi midis produkteve të kalbjes së uraniumit një substancë radioaktive që, me të njëjtin numër atomik Z dhe numër masiv A, kishte dy shtigje zbërthimi radioaktiv krejtësisht të ndryshëm. Sidoqoftë, data e zbulimit të izomerizmit të bërthamave atomike konsiderohet të jetë viti 1935, kur një grup shkencëtarësh sovjetikë të udhëhequr nga I.V. Kurchatov zbuluan formimin e tre izotopeve radioaktive me gjysmë jetë të ndryshme kur rrezatonin bromin me neutrone të ngadalta.
Më pas, doli se ky fenomen është mjaft i përhapur tashmë janë të njohura disa qindra gjendje izomere, dhe disa bërthama mund të kenë disa gjendje të tilla. Për shembull, bërthama e hafniumit me A = 175 ka 5 gjendje me jetëgjatësi më të madhe se 0,1 μs.
Një kusht i domosdoshëm për ekzistencën e një gjendje izomere të bërthamës është prania e një lloj ndalimi për kalimet rrezatuese nga izomerike në gjendje me energji më të ulët. Ekzistojnë një sërë veçorish të njohura të strukturës bërthamore që shkaktojnë një ndalim të tillë: ndryshimi në momentet këndore (rrotullimet) e gjendjeve izomerike dhe bazë, që çon në tranzicione rrezatuese me shumëpolitet të lartë, orientime të ndryshme të rrotullimeve në lidhje me një bosht të preferuar në bërthama, forma të ndryshme bërthamash në të dyja gjendjet.
Prishja e gjendjeve izomere zakonisht shoqërohet me emetimin e elektroneve oseγ kuanta, si rezultat formohet e njëjta bërthamë, por në gjendje me energji më të ulët. Ndonjëherë ka më shumë gjasa prishja e beta. Izomerët e elementëve të rëndë mund të kalbet përmes ndarjes spontane. Gjendjet izomere të bërthamave me një probabilitet të lartë të ndarjes spontane quhen izomerë të zbërthyer. Njihen rreth 30 bërthama (izotopet U, Pu, Am, Cm, Bk), për të cilat probabiliteti i ndarjes spontane në gjendjen izomerike është afërsisht 10 26 herë më i madh se në gjendjen kryesore.
Izomerizmi i bërthamave atomike është një burim i rëndësishëm informacioni për strukturën e bërthamave atomike; studimi i izomerëve ndihmoi në vendosjen e rendit të mbushjes së predhave bërthamore. Bazuar në jetëgjatësinë e izomerëve, mund të gjykohen vlerat e ndalimeve për tranzicionet rrezatuese dhe lidhja e tyre me strukturën bërthamore.
bërthamore izomere gjeni edhe zbatim praktik. Për shembull, në analizën e aktivizimit, formimi i tyre në disa raste bën të mundur arritjen e ndjeshmërisë më të madhe të metodës. Izomerët bërthamorë jetëgjatë konsiderohen si pajisje të mundshme për ruajtjen e energjisë në të ardhmen.
Lit.: Korsunsky M.I. Izomerizmi i bërthamave atomike. M., 1954; Polikanov S. M. Izomerizmi i formës së bërthamave atomike. M., 1977.
