Определение и примери за ядрен изомер

Ядрените изомери са атоми с еднакви масово число и атомно число, но с различни състояния на възбуждане в атомното ядро. По-високите или повече възбудено състояние се нарича метастабилно състояние, докато стабилното, неизбудено състояние се нарича основно състояние.

Повечето хора са наясно електрони могат да променят нивата на енергия и да бъдат открити в възбудени състояния. Аналогичен процес се случва в атомното ядро, когато протони или неутрони (нуклеоните) се възбуждат. Възбуденият нуклон заема ядрена орбитала с по-висока енергия. През повечето време възбудените нуклони се връщат веднага в основното състояние, но ако възбуденото състояние има полуживот по-дълъг от 100 до 1000 пъти по-висок от нормалните възбудени състояния, той се счита за метастабилно състояние. С други думи, полуживотът на възбудено състояние обикновено е от порядъка на 10^-12 секунди, докато метастабилното състояние има полуживот 10^-9 секунди или по-дълго. Някои източници определят метастабилно състояние като полуразпад, по-голям от 5 х 10

Най- причина форма на метастабилни състояния е, защото е необходима по-голяма промяна в ядреното въртене, за да се върнат в основното състояние. Високата смяна на спина прави разпадането „забранени преходи“ и ги забавя. Времето на полуразпад също се влияе от това колко енергия на разпад е налична.

Повечето ядрени изомери се връщат в основното състояние чрез гама. Понякога се гама гама от метастабилно състояние изомерен преход, но по същество е същото като нормалното краткотрайно разлагане на гама. За разлика от тях, повечето възбудени атомни състояния (електрони) се връщат в основното състояние чрез fluorescence.

Друг начин метастабилните изомери могат да се разпадат е чрез вътрешно преобразуване. При вътрешно преобразуване енергията, която се освобождава от разпада, ускорява вътрешния електрон, карайки го да излезе от атома със значителна енергия и скорост. Съществуват и други режими на гниене за силно нестабилни ядрени изомери.

Основното състояние се индикира с помощта на символа g (когато се използва някаква нотация). Възбудените състояния се обозначават с помощта на символите m, n, o и т.н. Първото метастабилно състояние се обозначава с буквата m. Ако конкретен изотоп има множество метастабилни състояния, изомерите се обозначават m1, m2, m3 и т.н. Обозначението е посочено след масовия брой (например кобалт 58m или ^{петдесет и осем милиона метра}₂₇Co, хафний-178м2 или ^{сто седемдесет и осемm2}₇₂HF).

Символът sf може да бъде добавен, за да посочи изомери, способни да спонтанно делене. Този символ се използва в Karcruhe Nuclide Chart.

Ото Хан открива първия ядрен изомер през 1921г. Това беше Pa-234m, който се разпада в Pa-234.

Най-дълго живеещото метастабилно състояние е това на ^{180 метра}₇₃ Ta. Това метастабилно състояние на тантала не е наблюдавано да се разпада и изглежда, че продължава поне 10¹⁵ години (по-дълги от възрастта на Вселената). Тъй като метастабилното състояние издържа толкова дълго, ядреният изомер е по същество стабилен. Тантал-180м се среща в природата с изобилие от около 1 на 8300 атома. Смята се, че може би ядреният изомер е направен в свръхнови.

Метастабилните ядрени изомери възникват чрез ядрени реакции и могат да бъдат получени при използване ядрен синтез. Те се срещат както естествено, така и изкуствено.

Специфичен вид ядрен изомер е делящият изомер или изомер на формата. Физионните изомери са показани, като се използва или постскрипт или суперскрипт "f", вместо "m" (например, плутоний-240f или ^240F₉₄Pu). Терминът "изомер на формата" се отнася до формата на атомното ядро. Докато атомното ядро ​​има тенденция да бъде изобразено като сфера, някои ядра, като тези на повечето актиниди, са пролатни сфери (във формата на футбол). Поради квантовите механични въздействия, възбуждането на възбудените състояния до основното състояние е възпрепятствано, така че възбуденото състоянията са склонни да претърпят спонтанно делене или в противен случай се връщат в основното състояние с полуживот наносекунди или микросекунди. Протоните и неутроните на формен изомер могат да бъдат дори по-далеч от сферично разпределение, отколкото нуклеоните в основно състояние.

Ядрените изомери могат да бъдат използвани като източници на гама за медицински процедури, ядрени батерии, за изследване на гама лъч стимулирана емисия и за лазери с гама лъчи