к библиотеке к оглавлению FAQ по эфирной физике ТОЭЭ ТЭЦ ТПОИ ТИ

РЕАЛЬНАЯ ФИЗИКА

Глоссарий по физике

А Б В Г Д Е Ж З И К Л М Н О П Р С Т У Ф Х Ц Ч Ш Э Ю Я

Изомерия ядерная

Изомерия ядерная - существование у нек-рых ядер наряду с основным состоянием достаточно долгоживущих (метастабильных) возбуждённых состояний, наз. изомерными. Явление И. я. было открыто в 1921 О. Ганом (О. Hahn), к-рый обнаружил радиоакт. вещество, названное им ураном Z (UZ), имевшее тот же атомный номер Z и массовое число А, что и др. радиоакт, вещество UX₂, но отличалось от него периодом полураспада. Оба вещества являлись продуктами р-распада одного и того же элемента UX₁ (²³⁴₉₀Th). В дальнейшем выяснилось, что UZ и UX₂ - основное и изомерное состояния ядра ²³⁴₉₁Pa (изомерное состояние обозначают индексом т, напр. ^234m₉₁Ра). В 1935 И. В. Курчатов, Б. В. Курчатов, Л. В. Мысовский и Л. И. Русинов обнаружили, что при облучении нейтронами стабильного изотопа ⁷⁹₃₅Вr образуется радиоакт. изотоп ⁸⁰₃₅Вr, имеющий два периода полураспада, что соответствовало распадам из основного и изомерного состояний. Дальнейшие исследования выявили большое число изомерных состояний ядер с разл. периодами полураспада от 3^.10⁶ лет (^210mBi) до неск. мкс и даже не. Мн. ядра имеют по 2 изомера, а, напр., ¹⁶⁰Но имеет 4 изомерных состояния. Причиной И. я. является ослабление вероятности испускания g-квантов из возбуждённого состояния (см. Гамма-излучение ).Обычно это происходит, когда небольшая энергия перехода сочетается с большой разностью значений моментов кол-ва движения I (угл. моментов) нач. и конечного состояний. Чем выше мультипольность и чем меньше энергия hw перехода, тем меньше вероятность у-перехода. В нек-рых случаях ослабление вероятности испускания g-квантов объясняется более сложными структурными особенностями состояний ядра, между к-рыми происходит переход (разное строение ядра в изомерном и нижележащем состоянии). На рис. 1 и 2 приведены фрагменты схем распада изомеров ^234m₉₁Pa и ^80m₃₅Br. В случае протактиния причина И. я.- малая энергия и высокая мультипольность ЕЗ g-перехода. Он столь затруднён, что в подавляющем числе случаев изомер испытывает b-распад (см. Бета-распад ядер). Для нек-рых изомеров изомерный переход часто становится вообще ненаблюдаемым. В случаe ^80m₃₅Вr И. я. обязана g-переходу мультипольности МЗ. Ядро из изомерного состояния (I^p = 5^-) переходит в более низкое по энергии состояние (2^-), к-рое за небольшое время переходит в осн. состояние ядра ⁸⁰₃₅Вr. В случае ядра ²⁴²Аm (рис. 3) И. я. связана с g-переходом мультипольности E4.

Рис. 1. Схема распада изомера ^234m₉₁Ра. Основное (0) и изомерное состояния выделены жирными линиями; слева указаны значения спинов и чётностей (I^p), правее - мультипольность, энергии уровней (в кэВ) и периоды полураспада; в % даны вероятности различных каналов распада ядра из изомерного состояния.

Изомерное состояние в основном распадается через g-переход, но в 5 из 1000 случаев наблюдается альфа-распад .В приведённых примерах изомерные переходы сопровождаются испусканием в большинстве случаев не g-квантов, а конверсионных электронов (см. Конверсия внутренняя).

Рис. 2. Схема распада изомера ^80m₃₅Br; Э.З--электронный захват.

Рис. 3. Схема распада ^242m₉₅Am.

Большое число изомерных переходов мулътиполь-ности M4 наблюдается при "разрядке" возбуждённых состояний нечётных ядер, когда число протонов или нейтронов приближается к магич. числам (острова изомерии). Это объясняется оболочечной моделью ядра, как следствие заполнения нуклонами соседних, близких по энергии, но сильно отличающихся по спинам состояний g_9/2 и р_1/2, а также h_11/2 и d_3/2 (g, р, h, d - обозначения орбитальных моментов нуклонов, индексы при них - значения спина).

Рис. 4. Схема распада ^180m₇₂Hf.

В отличие от приведённых примеров, изомерное состояние ^180m₇₂Hf (рис. 4) принадлежит стабильному ядру и имеет сравнительно большую энергию возбуждения. Причиной изомерии является сильно ослабленный g-пе-реход E1 с энергией 57,6 кэВ, к-рый заторможен в 10¹⁶ раз из-за структурных отличий состояний 8^- и 8⁺. В 1962 в ОИЯИ был открыт новый вид И. я.- делительная изомерия. Оказалось, что у нек-рых изотопов трансурановых элементов U, Pu, Am, Cm и Bk есть возбуждённые состояния с энергией ~2-3 МэВ, к-рые распадаются путём спонтанного деления ядер. Предполагается, что этот вид И. я. объясняется различием формы ядер в изомерном и основном состояниях (см. Деление ядер ).Высоковозбужденные изомерные состояния могут испытывать протонный распад (см. Протонная радиоактивность).

Литература по ядерной изомерии

Мухин К. Н., Экспериментальная ядерная физика. 4 изд т. 1, М , 1983;
Альфа-, бета- и гамма-спектроскопия, пеp. с англ. в 3. М. , 1969;
Селинов И. П., Изотопы, т. 1 - 3, М., 1970;
Схемы распада радионуклидов. Энергия и интенсивность излучения, пер. с англ., ч. 1 - 2, М., 1987.

А. И. Феоктистов

к библиотеке к оглавлению FAQ по эфирной физике ТОЭЭ ТЭЦ ТПОИ ТИ

Знаете ли Вы, что низкочастотные электромагнитные волны частотой менее 100 КГц коренным образом отличаются от более высоких частот падением скорости электромагнитных волн пропорционально корню квадратному их частоты от 300 тысяч кмилометров в секунду при 100 кГц до примерно 7 тыс км/с при 50 Гц.

НОВОСТИ ФОРУМА

Рыцари теории эфира