Дефиниција и примери нуклеарних изомера

Нуклеарни изомери су атоми с истим масовни број и атомски број, али са различитим стањима узбуђења у атомско језгро. Виши или већи узбуђено стање се назива метастабилно стање, док се стабилно, неизузетно стање назива основно стање.

Већина људи је свесна електрони може да промени ниво енергије и буде у узбуђеним стањима. Аналогни процес се дешава у атомском језгру када протони или неутрони (нуклеони) постају узбуђени. Побуђени нуклеон заузима нуклеарну орбиту више енергије. Већину времена узбуђени нуклеони враћају се одмах у основно стање, али ако узбуђено стање има полуживот дуже од 100 до 1000 пута од нормалних побуђених стања, сматра се метастабилним стањем. Другим речима, полуживот узбуђеног стања је обично реда 10^-12 секунди, док метастабилно стање има полуживот од 10^-9 секунди или дуже. Неки извори дефинирају метастабилно стање као полуживот већи од 5 к 10^-9 секунди како би се избегла конфузија са полуживотом емисије гама. Док се већина метастабилних стања брзо распада, нека трају минутима, сатима, годинама или много дуже.

Тхе разлог Облик метастабилних стања је зато што је потребна већа промена нуклеарног спина како би се они вратили у основно стање. Висока промена центрифуге чини пропадање "забрањеним прелазима" и одлаже их. На полуживот пропадања утиче и количина енергије распадања.

Већина нуклеарних изомера враћа се у основно стање путем распада гама. Понекад се именује гама пропадање из метастабилног стања изомерна транзиција, али у основи је исто као и нормално краткотрајно пропадање гама. Супротно томе, већина узбуђених атомских стања (електрона) враћа се у основно стање преко флуоресценција.

Други начин на који метастабилни изомери могу пропадати је интерном конверзијом. У унутрашњој претворби, енергија која се ослобађа распадом убрзава унутрашњи електрон, проузрокујући да излази из атома значајном енергијом и брзином. Постоје и други начини распада за високо нестабилне нуклеарне изомере.

Основно стање је назначено помоћу симбола г (када се користи било који запис). Узбуђена стања су означена помоћу симбола м, н, о, итд. Прво метастабилно стање означено је словом м. Ако одређени изотоп има више метастабилних стања, изомери се означавају м1, м2, м3, итд. Ознака је наведена након масовног броја (нпр. Кобалт 58м или ^58м₂₇Цо, хафнијум-178м2 или ^178м2₇₂Хф).

Симбол сф може се додати да означи изомере који су способни за спонтану фисију. Овај симбол се користи у Карлсрухе Нуцлиде Цхарт.

Отто Хахн је први нуклеарни изомер открио 1921. године. Ово је био Па-234м, који пропада у Па-234.

Стање метастабилности које је најдуже живело је стање ^180м₇₃ Та. Ово метастабилно стање тантала није пропадло и изгледа да траје најмање 10¹⁵ године (дуже од времена универзума). Будући да метастабилно стање траје тако дуго, нуклеарни изомер је у основи стабилан. Тантал-180м се налази у природи у обиљу од око 1 на 8300 атома. Сматра се да је можда нуклеарни изомер направљен у суперновама.

Метастабилни нуклеарни изомери настају нуклеарним реакцијама и могу се произвести користећи нуклеарна фузија. Јављају се и природно и вештачки.

Специфична врста нуклеарног изомера је изомера фисије или изомера облика. Фисиони изомери су назначени употребом посткрипта или надкрипта „ф“ уместо „м“ (нпр. Плутонијум-240ф или ^240ф₉₄Пу). Израз "облик изомера" односи се на облик атомског језгра. Док се атомско језгро приказује као сфера, нека језгра, попут већине актинида, су пролатне сфере (у облику фудбала). Због квантно механичких ефеката омета се деактивација побуђених стања у основно стање, па побуђује стања имају тенденцију да се подвргну спонтаној фисији или се врате у основно стање са полуживотом наносекунди или микросекунде. Протони и неутрони изомера облика могу бити још даље од сферне дистрибуције од нуклеона у основном стању.

Нуклеарни изомери се могу користити као извори гама за медицинске поступке, нуклеарне батерије, за истраживање Гама зраци стимулисана емисија и за гама-ласере.