Ydinisomeerien määritelmä ja esimerkit

Ydin-isomeerit ovat atomeja, joilla on sama massa numero ja atominumero, mutta erilaisilla viritystiloilla atomin ydin. Korkeampi tai enemmän innoissaan tila kutsutaan metastabiiliksi tilaksi, kun taas vakaata, käyttämätöntä tilaa kutsutaan perustilaksi.

Useimmat ihmiset ovat tietoisia elektronit voi muuttaa energiatasoja ja löytyy kiihtyneistä tiloista. Vastaava prosessi tapahtuu atomiytimessä, kun protoneja tai neutronit (nukleonit) innostuvat. Innoissaan oleva nukleoni vie korkeamman energian ydinradan. Suurimman osan ajasta, viritetyt nukleonit palaavat heti perustilaan, mutta jos herätetyssä tilassa on puoliintumisaika pidempi kuin 100 - 1000 kertaa normaalien viritettyjen tilojen verrattuna, sitä pidetään metastabiilina tilana. Toisin sanoen kiihtyneen tilan puoliintumisaika on yleensä luokkaa 10^-12 sekuntia, kun taas metastabiilin tilan puoliintumisaika on 10^-9 sekuntia tai pidempään. Jotkut lähteet määrittelevät metastabiilin tilan puoliintumisaikana yli 5 x 10

syy metastabiilien tilojen muoto johtuu siitä, että tarvitaan suurempaa ydinvoiman muutosta, jotta ne voisivat palata perustilaan. Suuri spin-muutos tekee rappeutumisista "kiellettyjä siirtymiä" ja viivyttää niitä. Hajoamisen puoliintumisaikaan vaikuttaa myös se, kuinka paljon hajoamisen energiaa on saatavana.

Suurin osa ydinaisomeereistä palaa pohjatilaan gammahajoamisen kautta. Joskus nimetään gammahajoamista metastabiilista tilasta isomeerinen siirtymä, mutta se on pohjimmiltaan sama kuin normaali lyhytaikainen gammahajoaminen. Sitä vastoin useimmat innoissaan olevat atomitilat (elektronit) palautuvat perustilaan f: n kauttaluorescence.

Toinen tapa metastabiilit isomeerit voivat hajota on sisäinen muuntaminen. Sisäisessä muuntamisessa hajoamisen vapauttama energia kiihdyttää sisäistä elektronia, aiheuttaen sen poistumaan atomista huomattavalla energialla ja nopeudella. Muita hajoamismuotoja esiintyy erittäin epästabiileilla ydin-isomeereillä.

Perustila ilmoitetaan symbolilla g (kun käytetään mitä tahansa merkintää). Erotetut tilat merkitään symboleilla m, n, o jne. Ensimmäinen metastabiili tila on merkitty m-kirjaimella. Jos tietyllä isotoopilla on useita metastabiileja tiloja, isomeerejä merkitään m1, m2, m3 jne. Nimitys on lueteltu massanumeron jälkeen (esim. Koboltti 58m tai ^58m₂₇Co, hafnium-178m2 tai ^178m2₇₂HF).

Symboli sf voidaan lisätä osoittamaan isomeerejä, jotka kykenevät spontaaniin halkeamiseen. Tätä symbolia käytetään Karlsruhen nuklididiagrammissa.

Otto Hahn löysi ensimmäisen ydin-isomeerin vuonna 1921. Tämä oli Pa-234m, joka hajoaa Pa-234: ssä.

Pisinikäinen metastabiili tila on ^180m₇₃ Ta. Tämän tantaalin metastabiilin tilan ei ole nähty hajoavan ja näyttää kestävän ainakin 10¹⁵ vuotta (pidempi kuin maailmankaikkeuden ikä). Koska metastabiili tila kestää niin kauan, ydin-isomeeri on oleellisesti vakaa. Tantaalia-180m löytyy luonnosta runsaasti noin 1/8300 atomia. Ajatellaan, että ydin-isomeeri tehtiin supernovoissa.

Metastabiileja ydin-isomeerejä tapahtuu ydinreaktioiden kautta, ja niitä voidaan tuottaa käyttämällä ydinfuusio. Niitä esiintyy sekä luonnollisesti että keinotekoisesti.

Erityinen ydin-isomeerityyppi on fissioisomeeri tai muotoisomeeri. Fissioisomeerit ilmoitetaan käyttämällä joko postscriptiä tai yläindeksiä "f" "m": n sijasta (esim. Plutonium-240f tai ^240F₉₄Pu). Termi "muotoisomeeri" viittaa atomiytimen muotoon. Vaikka atomiytimellä on taipumus kuvata palloa, jotkut ytimet, kuten useimpien aktinidien ytimet, ovat prolaattipalloja (jalkapallomaisia). Kvanttisten mekaanisten vaikutusten takia virittyneiden tilojen eksitaatio perustilaan estyy, joten innoissaan valtioilla on taipumus läpikäyä spontaani fissio tai palata perustilaan nanosekuntien puoliintumisaikana tai mikrosekuntia. Muotoisomeerin protonit ja neutronit voivat olla vielä kauempana pallomaisesta jakautumisesta kuin perustilan nukleonit.

Ydin isomeerejä voidaan käyttää gammalähteinä lääketieteellisissä toimenpiteissä, ydinakuissa, tutkimuksissa gammasäde stimuloitu emissio, ja gammasätelaserille.