Kodolu izomēru definīcija un piemēri

Kodola izomēri ir atomi ar vienādiem masas numurs un atomu skaitlis, bet ar dažādiem ierosmes stāvokļiem atomu kodolu. Augstāks vai lielāks satraukts stāvoklis tiek saukts par metastabilu stāvokli, savukārt stabilu, neizmantotu stāvokli sauc par pamata stāvokli.

Lielākā daļa cilvēku to zina elektroni var mainīt enerģijas līmeni un atrast satrauktos stāvokļos. Analogs process notiek atoma kodolā, kad protoni vai neitroni (nukleoni) kļūst satraukti. Uzbudinātais kodols aizņem augstākas enerģijas kodola orbitāli. Lielāko daļu laika uzbudinātie nukleoni nekavējoties atgriežas pamata stāvoklī, bet, ja uzbudinātajam stāvoklim ir pussabrukšanas periods ilgāks nekā 100 līdz 1000 reizes lielāks nekā normālos ierosinātos stāvokļos, to uzskata par metastabilu stāvokli. Citiem vārdiem sakot, satrauktā stāvokļa pusperiods parasti ir 10^-12 sekundes, bet metastabila stāvokļa pusperiods ir 10^-9 sekundes vai ilgāk. Daži avoti metastabilu stāvokli definē kā tā pussabrukšanas periodu, kas lielāks par 5 x 10

iemesls metastabilu stāvokļu forma ir tāpēc, ka ir vajadzīgas lielākas kodola centrifūgas izmaiņas, lai tās varētu atgriezties pamata stāvoklī. Lielas griešanās izmaiņas padara pagrimumus par "aizliegtām pārejām" un aizkavē tos. Sabrukšanas pussabrukšanas periodu ietekmē arī tas, cik daudz pūšanas enerģijas ir pieejama.

Lielākā daļa kodolizomēru atgriežas pamata stāvoklī gamma samazinājuma rezultātā. Dažreiz tiek nosaukta gamma samazināšanās no metastabila stāvokļa izomēru pāreja, bet tas būtībā ir tāds pats kā normāla īslaicīga gamma samazināšanās. Turpretī visvairāk satraukti atomu stāvokļi (elektroni) atgriežas pamata stāvoklī caur fluorescence.

Cits veids, kā metastabilie izomēri var sadalīties, ir iekšēja pārveidošana. Iekšējā pārveidē enerģija, ko atbrīvo sabrukšana, paātrina iekšējo elektronu, liekot tam ar ievērojamu enerģiju un ātrumu iziet no atoma. Ir arī citi ļoti nestabilu kodola izomēru sabrukšanas režīmi.

Pamatstāvoklis tiek norādīts, izmantojot simbolu g (ja tiek izmantoti kādi apzīmējumi). Uzbudinātie stāvokļi tiek apzīmēti, izmantojot simbolus m, n, o utt. Pirmo metastabilo stāvokli apzīmē ar burtu m. Ja konkrētam izotopam ir vairāki metastabili stāvokļi, izomērus apzīmē ar m1, m2, m3 utt. Apzīmējums ir norādīts pēc masas numura (piem., 58 m vai 500 kobalta) ^58m₂₇Co, hafnijs-178m2 vai ^178m2₇₂Hf).

Simbolu sf var pievienot, lai norādītu izomērus, kas spēj spontāni sadalīties. Šis simbols tiek izmantots Karlsrūes nuklīda diagrammā.

Otto Hahns atklāja pirmo kodolizomēru 1921. gadā. Tas bija Pa-234m, kas samazinās Pa-234.

Visilgāk dzīvojošais metastabilais stāvoklis ir ^180m₇₃ Ta. Nav ticis uzskatīts, ka šis metastabilais tantala stāvoklis mazināsies, un šķiet, ka tas ilgst vismaz 10¹⁵ gadi (garāki par Visuma vecumu). Tā kā metastabilais stāvoklis ilgst tik ilgi, kodola izomērs būtībā ir stabils. Tantals-180m dabā ir sastopams apmēram 1 uz 8300 atomiem. Tiek domāts, iespējams, kodola izomērs tika izveidots supernovās.

Metastabili kodola izomēri rodas kodolreakciju ceļā, un tos var ražot, izmantojot kodolsintēze. Tie rodas gan dabiski, gan mākslīgi.

Īpašs kodola izomēra tips ir dalīšanās izomērs vai formas izomērs. Sadalīšanās izomērus norāda, izmantojot vai nu postscript, vai augšrakstu “f”, nevis “m” (piemēram, plutonium-240f vai ^240f₉₄Pu). Termins "formas izomērs" attiecas uz atoma kodola formu. Kamēr atomu kodolu mēdz attēlot kā sfēru, daži kodoli, piemēram, lielākajā daļā aktinīdu, ir prolatas sfēras (futbola formas). Kvantu mehāniskās iedarbības dēļ tiek kavēta ierosinātu stāvokļu atdalīšana no pamata stāvokļa, tāpēc satraukti stāvokļiem ir tendence spontāni sadalīties vai arī tie atgriežas pamata stāvoklī ar nanosekundžu pusperiodu vai mikrosekundēs. Formas izomēra protoni un neitroni var atrasties vēl tālāk no sfēriskā sadalījuma nekā zemes stāvokļa nukleoni.

Kodolizomērus var izmantot kā gamma avotus medicīniskām procedūrām, kodolieroču akumulatoriem, lai pētītu gamma staru stimulētu emisiju un gamma staru lāzeriem.