Atom yadrolarining izomeriyasi

Vikipediya, ochiq ensiklopediya

Yadro izomeri - bu atom yadrosining metastabil holati boʻlib, unda bir yoki bir nechta nuklonlar (protonlar yoki neytronlar) bir xil yadroning hardoimgi holatiga qaraganda yuqori energiya darajasini egallaydi. "Metastabil" siljish holatlari "tezkor" yarim yashash vaqti bilan parchalanadigan siljuvchan yadro holatlarining yarim yashash vaqti 100-1000 baravar koʻp boʻlgan yadrolarni tavsiflaydi (odatda 10-12 soniya tartibida). "Metastabil" atamasi har doim yarim parchalanish davri 10-9 soniya yoki undan koʻproq boʻlgan izomerlarga nisbatan qoʻllaniladi. Baʼzi maʼlumotlarga koʻra, metastabil yashash vaqti har doimgi "tezkor" gamma-emissiya yarim parchalanish davri ajratish uchun 5 × 10 -9 soniya tavsiya etiladi.[1] Baʼzida yarimparchalanish vaqti bundan ancha uzoqroq boʻlib, daqiqalar, soatlar yoki yillar davom etishi mumkin. Masalan, 180m73 Ta Yadro izomeri shunchalik uzoq (kamida 10 15 yil) yashaydiki, uning oʻz-oʻzidan parchalanishi hech qachon kuzatilmagan. Yadro izomerining yarim yemirilish davri xuddi shu nuklidning asosiy holatidan ham oshib ketishi mumkin, 180m73 Ta shuningdek,192m277 Ir va bir nechta holmiy izomerlari.

Ayrim hollarda metastabil holatlardan gamma-parchalanish izomerik oʻtish deb ataladi u jarayon odatda meta-barqaror asosiy yadro izomerining uzoq muddatli tabiati bundan farqlidir, barcha tashqi koʻrinishlari qisqa yashovchi gamma-ymirilishlarga oʻxshaydi. Yadro izomerlarining metastabil holatlarining uzoq vaqt umur koʻrishlari koʻpincha asosiy holatga erishish uchun ularning gamma emissiyasida ishtirok etishi kerak boʻlgan yadro spinining kattaroq oʻzgarishi bilan bogʻliq. Shu yuqori aylanish oʻzgarishi bu parchalanishlarning cheklangan oʻtishlariga va kechiktirilishiga olib keladi. Emissiyadagi kechikishlar past yoki yuqori mavjud parchalanish energiyasidan kelib chiqadi.

Birinchi yadro izomeri va parchalanish tizimi (uran X 2/uran Z, hozir deb nomlanadi 23491mPa/ 23491Pa) 1921-yilda Otto Xan tomonidan kashf etilgan[2]

Yadro izomerlarining yadrolari[tahrir | manbasini tahrirlash]

Yadro izomerining yadrosi bazi asosiy hollarda mavjud boʻlgan siljitmagan yadroga qaraganda yuqori energiya holatini egallaydi. Siljuvchsn holatda yadrodagi bir yoki bir nechta proton yoki neytron mavjud yadro orbitaliga qaraganda yuqori energiyali yadro orbitalini egallaydi. Bu holatlar atomlardagi elektronlarning siljuvchan holatlarigaoʻxshash boʻladi.

Joyidan qoʻzgʻatilgan atom holatlari parchalanganda, energiya flüoresan tomonidan chiqariladi. Elektron oʻtishlarda boʻlayotgan jarayon odatda koʻrinadigan diapazonga yaqin yorugʻlik emissiyasini oʻz ichiga oladi. Chiqarilgan energiya miqdori birlashtirish -dissosiatsiya energiyasi yoki ionlanish energiyasi bilan bogʻliq va odatda har bir bogʻlanish uchun bir necha oʻnlab eV oraligʻida boʻladi. Biroq, yadroviy jarayonlarda bogʻlanish energiyasining ancha kuchli turi - yadroviy bogʻlanish energiyasida ishtirok etadi. Shu sababli, koʻpgina yadroviy qoʻzgʻaluvchan davlatlar gamma nurlari emissiyasi bilan yemiriladi. Misol tariqasida suni aytish mumkunki turl xil tibbiy muolajalarda ishlatiladigan yadro izomeri 99m43 Tc gamma-nurini chiqarish orqali taxminan 6 soat yarimparchalanish davri bilan parchalanadi. 140keV energiya; bu tibbiy diagnostik rentgen nurlarining energiyasiga yaqin.

Yadro izomerlari koʻp vaqt yarim yemirilish davriga ega, sababi ularning gamma-parchalanishi gamma nurlarini chiqarish uchun zarur boʻlgan yadro spinining katta farqlanishlardan taqiqlangan.

Bular ichki konversiya orqali ham parchalanishi mumkin. Ichki konversiya paytida yadro siljishi energiyasi nurlari kabi chiqarilmaydi, Balki atomning ichki elektronlaridan birini tezlashtirish uchun ishlatiladi. Bu hayajonlangan elektronlar keyin yuqori tezlikda ketishadi. Bunga sababi ichki atom elektronlari yadroga kirib, yadro protonlari boshqa yoʻl bilan qayta joylashganda hosil boʻlgan kuchli elektr maydonlariga taʼsir qiladi.

Energiya barqarorligidan uzoq boʻlgan yadrolarda undan ham koʻproq parchalanish usullari maʼlum.

Boʻlinishdan keyin, hosil boʻlgan bir nechta parchalanish qismlari metastabil izomerik holatga ega. Ush ajralgan qisimlar odatda energiya va burchak momentum jihatidan juda siljuvchan holatda ishlab chiqariladi va tezsiljishdan soʻng oʻtadi. Bu jarayonning tugashida yadrolar yerni ham, izomerik holatlarni ham toʻldirishi mumkin. Agar izomerlarning yarimparchalanish davri yetarlicha uzun boʻlsa, ularning ishlab chiqarish tezligini oʻlchash va izomer rentabellik nisbati deb ataladigan narsani hisoblab, uni asosiy holat bilan solishtirish mumkin.[3]

Metastabil izomerlar[tahrir | manbasini tahrirlash]

Metastabil izomerlar yadroviy termoyadroviy yoki boshqa yadroviy reaksiyalar orqali yaratish mumkin. Shu tariqa paydo boʻlgan yadro, odatda, bir yoki bir nechta gamma nurlari yoki konversiya elektronlarining emissiyasi orqali uygonish holatda oʻz harakatini boshlaydi. Shu kabi siljish yadroviy asosiy holatga toʻliq tez oʻtmaydi. Bu, odatda, oraliq siljuvchan holatning yaralishi asosiy holatdagidan deyarli farq qiladigan spinga ega boʻlganda yuz beradi boʻladi. Agar emissiyadan keyingi jarayonning spini emissiya holatidan tubdan farq qilsa, ayniqsa siljish energiyasi zaif boʻlsa, gamma-nurlarining emissiyasi toʻsqinlik qiladi. Bu vaziyatdagi siljuvchan holat metastabil boʻlish uchun yaxshi nomzod boʻlib, agarda sijish energiyasi metastabil holatdan kam boʻlgan oraliq spinning boshqa holatlari boʻlmasa.

Muayyan izotopning metastabil izomerlari odatda "m" bilan belgilanadi. Bu belgi atomning massa raqamidan keyin qoʻyiladi; masalan, kobalt-58m1 qisqartirilgan 58m1</br> 58m1 Co</br> , bu yerda 27 - kobaltning atom raqami. Bir nechta metastabil izomerga ega boʻlgan izotoplar uchun "indekslar" belgilanishdan keyin qoʻyiladi va etiketka m1, m2, m3 va shu kabi boʻladi.

Boshqa turdagi metastabil yadro holati (izomer) boʻlinish izomeri yoki shakl izomeridir . Aksariyat aktinid yadrolari sferik emas, balki sferik boʻlib, simmetriya oʻqi boshqa oʻqlardan uzunroq boʻlib, Amerika futboli yoki regbi toʻpiga oʻxshaydi. Bu geometriya kvant-mexanik holatlarga olib kelishi mumkin, bunda protonlar va neytronlarning taqsimlanishi sferik geometriyadan shunchalik uzoqroq boʻlib, yadroviy asosiy holatga qoʻzgʻalish kuchli toʻsqinlik qiladi. Umuman olganda, bu holatlar "odatiy" qoʻzgʻaluvchan holatga qaraganda ancha sekinroq asosiy holatga tushadi yoki ular nanosekundlar yoki mikrosekundlar darajasidagi yarimparchalanish davri bilan oʻz-oʻzidan boʻlinishni boshdan kechiradilar - juda qisqa vaqt, lekin koʻp tartibli. odatdagi yadroviy qoʻzgʻaluvchan holatning yarimparchalanish davridan kattaroq.

Barqaror izomerlar[tahrir | manbasini tahrirlash]

Koʻpgina yadroviy qoʻzgʻaluvchan davlatlar juda beqaror va "darhol" 10-12 darajasida mavjud boʻlganidan keyin qoʻshimcha energiyani chiqaradi. soniya. Natijada, "yadro izomeri" tavsifi odatda faqat yarimparchalanish davri 10-9 boʻlgan konfiguratsiyalar uchun qoʻllaniladi. soniya yoki undan koʻproq. Kvant mexanikasi bashorat qiladiki, baʼzi atom turlari, hatto ushbu qatʼiyroq standart boʻlsa ham, juda uzoq umr koʻradigan izomerlarga ega boʻlishi va qiziqarli xususiyatlarga ega boʻlishi kerak. Baʼzi yadro izomerlari shunchalik uzoq umr koʻradiki, ular nisbatan barqaror boʻlib, hosil boʻlishi va miqdori boʻyicha kuzatilishi mumkin.

Tabiatda uchraydigan eng barqaror yadro izomeri 180m</br> 180m Ta</br> , bu barcha tantal namunalarida 8300 ning taxminan 1 qismida mavjud. Uning yarim yemirilish davri kamida 1015 yilni tashkil etadi, bu koinot yoshidan sezilarli darajada uzoqroqdir. Izomerik holatning past qoʻzgʻalish energiyasi ikkala gamma de-qoʻzgʻalishni 180 ga olib keladi.180</br> 180</br> asosiy holat (uning oʻzi beta-parchalanish natijasida radioaktiv, yarimparchalanish davri atigi 8 soat) va spinning mos kelmasligi sababli bostirilishi uchun gafniyga yoki volframga beta-yemirilishga toʻgʻridan-toʻgʻri elektron tutilishi . Ushbu izomerning kelib chiqishi sirli, garchi u oʻta yangi yulduzlarda (koʻpgina ogʻir elementlar kabi) hosil boʻlgan deb ishoniladi. Agar u oʻzining asosiy holatiga boʻshashganda, u foton energiyasi 75 boʻlgan fotonni chiqaradi keV .

Qoʻzgʻatilgan yadrolarning gamma-emirilishini bostirishning eng keng tarqalgan mexanizmi va shu bilan metastabil izomerning mavjudligi qoʻzgʻaluvchan holatning parchalanish yoʻlining yoʻqligi boʻlib, u har qanday yoʻnalish boʻyicha yadro burchak momentini eng keng tarqalgan 1 kvantga oʻzgartiradi. spin burchak momentida ħ birligi. Ushbu oʻzgarish ushbu tizimda 1 birlik spinga ega boʻlgan gamma fotonni chiqarish uchun kerak. Burchak momentida 2 va undan ortiq birlikning integral oʻzgarishi mumkin, ammo chiqarilgan fotonlar qoʻshimcha burchak momentumini olib tashlaydi. 1 birlikdan ortiq oʻzgarishlar taqiqlangan oʻtishlar deb nomlanadi. Chiqarilgan gamma-nurlari olib yurishi kerak boʻlgan 1 dan kattaroq aylanish oʻzgarishining har bir qoʻshimcha birligi parchalanish tezligini taxminan 5 darajaga inhibe qiladi.[4] Maʼlum boʻlgan 8 birlik eng yuqori spin oʻzgarishi 180 m Ta yemirilishida sodir boʻladi, bu uning parchalanishini 1 birlik bilan bogʻliq boʻlganidan 10 35 marta bostiradi. Tabiiy gamma-parchalanishning yarimparchalanish davri 10-12 soniya oʻrniga, uning yarimparchalanish davri 10 23 soniyadan koʻproq yoki kamida 3 soniyani tashkil qiladi. × 10 15 yil va shuning uchun hali parchalanishi kuzatilgan.

Gafniy[5] izomerlar (asosan 178m2 Hf) yadro qurolini tarqatmaslik toʻgʻrisidagi kelshuvlarni chetlab oʻtish uchun qoʻllanilishi mumkin boʻlgan qurol sifatida qaraldi, chunki ular juda kuchli gamma nurlanishini keltirib chiqarishi mumkin. Bu daʼvo odatda diskontlangan boʻladi.[6] DARPA ikkala yadro izomerlaridan foydalanishni oʻrganish dasturiga ega edi.[4][7] Yadro izotoplaridan energiyaning keskin chiqarilishini boshlash potentsiali, ularni bunday qurollarda ishlatish uchun zaruriy shart. Shunga qaramay, 12 kishilik gafniy izomer ishlab chiqarish paneli (HIPP) 2003-yilda izotopni ommaviy ishlab chiqarish vositalarini baholash uchun yaratilgan.[8]

  1. ↑ Walker, Philip M.; Carroll, James J. (2007). „Nuclear Isomers: Recipes from the Past and Ingredients for the Future“ (PDF). Nuclear Physics News. 17-jild, № 2. 11–15-bet. doi:10.1080/10506890701404206.
  2. ↑ Hahn, Otto (1921). „Über ein neues radioaktives Zerfallsprodukt im Uran“. Die Naturwissenschaften. 9-jild, № 5. 84-bet. Bibcode:1921NW......9...84H. doi:10.1007/BF01491321.
  3. ↑ Rakopoulos, V.; Lantz, M.; Solders, A.; Al-Adili, A.; Mattera, A.; Canete, L.; Eronen, T.; Gorelov, D.; Jokinen, A. (13–avgust 2018–yil). „First isomeric yield ratio measurements by direct ion counting and implications for the angular momentum of the primary fission fragments“. Physical Review C (inglizcha). 98-jild, № 2. 024612-bet. doi:10.1103/PhysRevC.98.024612. ISSN 2469-9985.{{cite magazine}}: CS1 maint: date format ()
  4. ↑ Leon van Dommelen, Quantum Mechanics for Engineers Webarxiv andozasida xato: |url= qiymatini tekshiring. Boʻsh. (Chapter 14).
  5. ↑ David Hambling. „Gamma-ray weapons“. Reuters EurekAlert. New Scientist (16-avgust 2003-yil). Qaraldi: 12-dekabr 2010-yil.
  6. ↑ Davidson. „Superbomb Ignites Science Dispute“. 10-may 2005-yilda asl nusxadan arxivlandi.
  7. ↑ S. Weinberger. „Scary things come in small packages“. Washington Post (28-mart 2004-yil). 23-avgust 2011-yilda asl nusxadan arxivlandi.
  8. ↑ „Superbomb ignites science dispute“. San Francisco Chronicle (28-sentabr 2003-yil). 
"https://uz.wikipedia.org/w/index.php?title=Atom_yadrolarining_izomeriyasi&oldid=3734956" dan olindi