Kodolizomēru definīcija un piemēri

Kodolizomērs rodas, kad protoni vai neitroni atoma kodolā tiek uzbudināti, bet nesadalās nekavējoties.

Stays/Getty Images

Kodolizomēra definīcija

Kodolizomēri ir atomi ar vienādu masas skaitlis un atomskaitlis , bet ar dažādiem ierosmes stāvokļiem atoma kodols . Jo augstāks vai vairāk satraukts stāvoklis tiek saukts par metastabilo stāvokli, savukārt stabilo, neuzbudināto stāvokli sauc par pamatstāvokli.

Kā viņi strādā

Lielākā daļa cilvēku ir informēti elektroni var mainīt enerģijas līmeni un atrasties satrauktā stāvoklī. Analogs process notiek atoma kodolā, kad protoni vai neitroni (nukleoni) kļūst satraukti. Uzbudinātais nukleons aizņem augstākas enerģijas kodolorbitāli. Lielāko daļu laika ierosinātie nukleoni nekavējoties atgriežas pamatstāvoklī, bet, ja ierosinātais stāvoklis ir pusperiods ilgāk par 100 līdz 1000 reizēm, salīdzinot ar normāliem ierosinātiem stāvokļiem, to uzskata par metastabilu. Citiem vārdiem sakot, ierosinātā stāvokļa pussabrukšanas periods parasti ir aptuveni 10^-12sekundes, savukārt metastabila stāvokļa pussabrukšanas periods ir 10^-9sekundes vai ilgāk. Daži avoti metastabilu stāvokli definē kā tādu, kura pussabrukšanas periods ir lielāks par 5 x 10^-9sekundes, lai izvairītos no sajaukšanas ar gamma emisijas pussabrukšanas periodu. Lai gan lielākā daļa metastabilo stāvokļu ātri sairst, daži ilgst minūtes, stundas, gadus vai daudz ilgāk.

The iemesls metastabilo stāvokļu veidošanās ir tāpēc, ka ir nepieciešamas lielākas kodola spina izmaiņas, lai tie atgrieztos pamatstāvoklī. Augstas griešanās izmaiņas padara samazinājumu par “aizliegtām pārejām” un aizkavē tās. Sabrukšanas pusperiodu ietekmē arī tas, cik daudz sabrukšanas enerģijas ir pieejams.

Lielākā daļa kodolizomēru atgriežas pamatstāvoklī gamma sabrukšanas rezultātā. Dažreiz tiek nosaukta gamma sabrukšana no metastabila stāvokļa izomēru pāreja , bet būtībā tas ir tāds pats kā parasta īslaicīga gamma sabrukšana. Turpretim lielākā daļa ierosināto atomu stāvokļu (elektronu) atgriežas pamatstāvoklī, izmantojot f luorescence .

Vēl viens veids, kā metastabilie izomēri var sadalīties, ir iekšējā konversija. Iekšējā pārveidē enerģija, kas izdalās sabrukšanas rezultātā, paātrina iekšējo elektronu, liekot tam iziet no atoma ar ievērojamu enerģiju un ātrumu. Ļoti nestabiliem kodolizomēriem pastāv citi sabrukšanas režīmi.

Metastable un pamatstāvokļa apzīmējums

Pamatstāvoklis tiek norādīts, izmantojot simbolu g (ja tiek izmantots jebkurš apzīmējums). Ierosinātos stāvokļus apzīmē ar simboliem m, n, o utt. Pirmais metastabilais stāvoklis tiek apzīmēts ar burtu m. Ja konkrētam izotopam ir vairāki metastabili stāvokļi, izomērus apzīmē ar m1, m2, m3 utt. Apzīmējums ir norādīts aiz masas skaitļa (piemēram, kobalts 58m vai^58 m₂₇Co, hafnijs-178m2 vai^178m2₇₂Hf).

Simbolu sf var pievienot, lai norādītu uz izomēriem, kas spēj spontāni dalīties. Šis simbols tiek izmantots Karlsrūes nuklīdu kartē.

Metastable stāvokļa piemēri

Otto Hāns 1921. gadā atklāja pirmo kodolizomēru. Tas bija Pa-234m, kas sadalās Pa-234.

Ilgstošākais metastabilais stāvoklis ir^{180 m}₇₃Ta. Nav novērots, ka šis metastabilais tantala stāvoklis sabruks, un šķiet, ka tas ilgst vismaz 10^piecpadsmitgadi (ilgāk par Visuma vecumu). Tā kā metastabilais stāvoklis pastāv tik ilgi, kodolizomērs būtībā ir stabils. Tantals-180m dabā ir sastopams ar pārpilnību aptuveni 1 uz 8300 atomiem. Tiek uzskatīts, ka kodolizomērs tika izveidots supernovās.

Kā tie tiek izgatavoti

Metastable kodolizomēri rodas kodolreakcijās, un tos var ražot, izmantojot kodolsintēze . Tie rodas gan dabiski, gan mākslīgi.

Dalīšanās izomēri un formas izomēri

Īpašs kodolizomēra veids ir skaldīšanas izomērs vai formas izomērs. Dalīšanās izomēri ir norādīti, izmantojot pēcrakstu vai augšrakstu “f”, nevis “m” (piemēram, plutonijs-240f vai^240 f₉₄Pu). Termins 'formas izomērs' attiecas uz atoma kodola formu. Lai gan atoma kodolu mēdz attēlot kā sfēru, daži kodoli, piemēram, vairumam aktinīdu, ir izliektas sfēras (futbola formas). Kvantu mehānisko efektu dēļ ierosināto stāvokļu deaktivizēšana līdz pamatstāvoklim ir apgrūtināta, tāpēc ierosinātajiem stāvokļiem ir tendence spontāni skaldīties vai arī tie atgriežas pamatstāvoklī ar nanosekundes vai mikrosekundes pussabrukšanas periodu. Formas izomēra protoni un neitroni var būt pat tālāk no sfēriskā sadalījuma nekā nukleoni pamatstāvoklī.

Kodolizomēru izmantošana

Kodolizomērus var izmantot kā gamma avotus medicīniskām procedūrām, kodolbaterijām, pētniecībai gamma stars stimulēta emisija un gamma staru lāzeriem.