Definicija in primeri jedrskih izomerov

Jedrski izomeri so atomi z enakimi množično število in atomsko število, vendar z različnimi vzbujenimi stanji v atomsko jedro. Višje ali več vznemirjeno stanje se imenuje metastabilno stanje, medtem ko se stabilno, neizkoriščeno stanje imenuje osnovno stanje.

Večina ljudi se zaveda elektronov lahko spreminjajo nivo energije in se nahajajo v vznemirjenih stanjih. Analogni postopek se zgodi v atomskem jedru, ko protoni ali nevtroni (nukleoni) postanejo vznemirjeni. Navdušeni nukleon zaseda visoko energijsko jedrsko orbito. Vzpostavljeni nukleoni se večino časa takoj vrnejo v osnovno stanje, če pa je vzburjeno stanje razpolovna doba daljši od 100 do 1000 krat od običajnih vzbujenih stanj, velja za metastabilno stanje. Z drugimi besedami, razpolovna doba vznemirjenega stanja je ponavadi 10^-12 sekunde, medtem ko ima razpoložljiva doba 10 metastabilno stanje 10^-9 sekund ali dlje. Nekateri viri metastabilno stanje definirajo kot razpolovno dobo večje od 5 x 10

The razlog oblika metastabilnih stanj je zato, ker je potrebna večja sprememba jedrskega vrtenja, da se lahko vrnejo v osnovno stanje. Visoka sprememba vrtenja naredi razkroje "prepovedane prehode" in jih zavleče. Na razpolovno dobo razpadanja vpliva tudi količina energije razpada.

Večina jedrskih izomerov se z razpadom gama vrne v osnovno stanje. Včasih gama razpade iz metastabilnega stanja izomerni prehod, vendar je v bistvu enako kot normalno kratkotrajno razpadanje gama. Nasprotno se večina vznemirjenih atomskih stanj (elektronov) vrne v osnovno stanje prek fluorescenca.

Drugi način metastabilnih izomerov lahko razpade z notranjo pretvorbo. Pri notranji pretvorbi energija, ki se sprosti z razpadom, pospeši notranji elektron in povzroči, da izstopi iz atoma s precejšnjo energijo in hitrostjo. Za zelo nestabilne jedrske izomere obstajajo drugi načini razpada.

Osnovno stanje je prikazano s simbolom g (kadar se uporablja noben zapis). Vzbujena stanja označujemo s simboli m, n, o itd. Prvo metastabilno stanje je označeno s črko m. Če ima določen izotop več metastabilnih stanj, so izomeri označeni z m1, m2, m3 itd. Oznaka je navedena po masnem številu (npr. Kobalt 58m ali ^58m₂₇Co, hafnij-178m2 oz ^178m2₇₂Hf).

Simbol sf se lahko doda, da označi izomere, ki so sposobni spontane cepitve. Ta simbol se uporablja v Karlcruhe Nuclide Chart.

Otto Hahn je prvi jedrski izomer odkril leta 1921. To je bil Pa-234m, ki razpade v Pa-234.

Najstarejše življenje metastabilnega stanja je stanje ^180m₇₃ Ta. Ta metastabilno stanje tantala ni razpadlo in zdi se, da traja vsaj 10¹⁵ let (daljša od starosti vesolja). Ker metastabilno stanje zdrži tako dolgo, je jedrski izomer v bistvu stabilen. Tantal-180m najdemo v naravi v številu približno 1 na 8300 atomov. Menijo, da je bil morda jedrski izomer izdelan v supernovah.

Metastabilni jedrski izomeri se pojavijo z jedrskimi reakcijami in jih lahko proizvedemo z uporabo jedrska fuzija. Pojavijo se tako naravno kot umetno.

Posebna vrsta jedrskega izomera je izomera cepitve ali izomera oblike. Fisionijski izomeri so označeni z uporabo postScript ali nadkriptom "f" namesto "m" (npr. Plutonij-240f ali ^240f₉₄Pu). Izraz "oblika izomera" se nanaša na obliko atomskega jedra. Medtem ko je atomsko jedro ponavadi prikazano kot krogla, so nekatera jedra, na primer večina aktinidov, prolatne sfere (nogometne oblike). Zaradi kvantnih mehanskih vplivov je onemogočeno odstranjevanje vzbujenih stanj v osnovno stanje, torej vznemirjeno stanja ponavadi podvržejo spontani cepitvi ali pa se vrnejo v osnovno stanje z razpolovno dobo nanosekunde ali mikrosekunde. Protoni in nevtroni oblikovnega izomera so morda še dlje od sferične porazdelitve kot nukleoni v osnovnem stanju.

Jedrske izomere lahko uporabimo kot vire gama za medicinske postopke, jedrske baterije, za raziskave gama žarki stimulirano emisijo in za laserje z gama žarki.