Isomerism ya viini vya mionzi ya bandia. Isomerism ya nuclei ya atomiki

Iligunduliwa kuwa kuna viini vilivyo na nambari sawa lakini na nusu ya maisha. Viini vile huitwa isoma.

Utafiti wa uzushi wa isomerism ya nyuklia katika nuclei ya mionzi ya bandia ulifanywa na kikundi cha wanafizikia wa Soviet wakiongozwa na Kurchatov na Rusinov. Bandia

mionzi inayotokana na mwaliko wa mchanganyiko wa asili wa isotopu thabiti na neutroni za polepole. Katika kesi hii, isotopu mbili za mionzi za bromini huundwa, ambazo haziwezi kutenganishwa na kila mmoja:

Matokeo ya kushangaza ya majaribio haya yalikuwa ugunduzi wa sio mbili, lakini nusu ya maisha tofauti:

Ni dhahiri kwamba moja ya isotopu huoza kwa njia mbili. Jaribio lilibadilishwa na kuwashwa sio na nyutroni, lakini na -rays, ambayo ilisababisha kinachojulikana kama athari ya picha ya nyuklia.

Isotopu za bromini zinazosababishwa pia zinafanya kazi na zinaoza kulingana na mpango ufuatao:

Utafiti umeonyesha kuwa katika kesi hii, sio mbili, lakini nusu ya maisha pia huzingatiwa:

Kutoka kwa kulinganisha kwa taratibu, ikawa wazi kuwa ni pamoja na isotopu Brzb, iliyoundwa katika matukio yote mawili, kwamba maisha ya nusu mbili yanahusishwa: min na saa, ambayo pia hupatikana katika mfululizo wa majaribio. Ilikuwa ni lazima kueleza kuwepo kwa nusu ya maisha tofauti kwa isotopu sawa.

Majaribio zaidi yalionyesha kuwa isomerism inaelezewa na kuwepo kwa hali ya metastable katika kiini hiki, yaani, hali ya msisimko ambayo uwezekano wa mpito kwa hali ya chini ni chini. Ili kuelewa hili, fikiria

kwa undani zaidi mchoro wa uharibifu wa nyuklia. Kama matokeo ya mmenyuko wa nyuklia uliotangulia, kiini huonekana katika hali ya msisimko mkubwa.

Mchele. 45. Mpango wa kuoza

Kuondolewa kwa msisimko hutokea kwa njia mbili: kiini huhamishiwa kwenye hali ya chini ndani ya pili na mpito, ambayo utoaji wa chembe za c tayari hutokea, au kiini huhamia kwenye kiwango cha metastable, mpito zaidi kutoka kwa ardhi. serikali ni marufuku na sheria za uteuzi. Matokeo yake, kiini "kimekwama" kwa kiwango cha metastable na maisha ya masaa 4.4; Mpito kutoka kwa metastable hadi hali ya chini hufuatana na wote - mionzi na uongofu wa elektroni wa ndani. Baadaye, mpito kutoka kwa kiwango cha chini hutokea tena kwa usaidizi wa -oza na malezi ya .

Kwa hivyo, tunaona, kwa kweli, wigo sawa wa chembe zilizoundwa wakati wa mpito kutoka ngazi kuu hadi ngazi kuu na nusu ya maisha ya migodi, lakini kutokana na kuchelewa kwa mabadiliko ndani ya kiini cha bromini, athari hutokea. ambayo inaongoza kwa nusu ya maisha.

Isoma ya nyuklia sio jambo la kawaida kati ya mabadiliko ya nyuklia. Hivi sasa, zaidi ya isoma 100 zinajulikana.

Kuhusiana na uzushi wa isomerism iliyoelezwa hapo juu, swali linatokea: ni wakati gani ni muhimu kwa kiini kuhama kutoka hali ya msisimko hadi hali ya chini? Je, muda wa utoaji unategemea nini? Muda ambao mfumo unasalia katika hali hii unaweza kukadiriwa kutokana na uhusiano wa kutokuwa na uhakika:

Katika kesi inayozingatiwa, thamani na itakuwa wastani wa maisha ya kiini katika hali ya msisimko, na upana wa nishati ya ngazi hii ya msisimko. Inajulikana kutokana na uzoefu kwamba upana wa mstari wa spectral kawaida ni wa utaratibu wa, kwa hiyo,

(haiwezekani kupima wakati huu na vyombo vilivyopo, wakati thamani inaweza kupimwa kwa usahihi kabisa).

Kwa hivyo, kwa kawaida Hebu sasa tuzingatie jinsi tunavyoweza kueleza kuwepo kwa isoma na kuwepo kwa mabadiliko yaliyokatazwa kwa -minururisho.

Katika viwango tofauti, msingi, kama ilivyotajwa tayari, una wakati tofauti wa angular. Kwa kuwa sheria ya uhifadhi wa kasi ya angular lazima itimizwe, wakati wa mpito tofauti kati ya wakati wa ngazi ya awali na ya mwisho hubeba -quantum. Hii huamua sheria za uteuzi.

Mionzi inayohusishwa na urekebishaji wa mfumo inaitwa mionzi ya dipole; - mionzi ya quadrupole; juu ya mionzi ya octupole; kwa ujumla na mionzi ya multipole ya utaratibu.

Kulingana na nadharia ya mabadiliko kama haya, iliyotengenezwa na Weidsäcker, -quanta ya utofauti tofauti huibuka kama matokeo ya oscillations tofauti ndani ya kiini. Baadhi ya taratibu hizi zinahusishwa na ugawaji wa malipo ya umeme ndani ya kiini (dipole ya umeme, quadrupole, nk. mionzi), wengine na ugawaji wa mikondo au wakati wa magnetic wa nucleons (magnetic dipole, quadrupole, nk mionzi). wakati wa hali ya awali ya kiini na hali ya mwisho ya kiini na wakati uliochukuliwa na -quantum, lazima kuwe na uhusiano.

Hata hivyo, kutoka kwa electrodynamics ya classical inajulikana kuwa ikiwa vipimo vya mfumo ni ndogo ikilinganishwa na X, basi ukubwa wa mionzi ya multipolarities tofauti hutofautiana kwa kiwango cha sababu (hivyo radius ya kiini, K ni urefu wa wimbi la mionzi. mionzi).

Isoma ni viini vya atomiki ambavyo vina idadi sawa ya neutroni na protoni, lakini sifa tofauti za kimaumbile, haswa nusu ya maisha tofauti.

Mchele. 6.1. Isomeric γ mpito katika 115 Katika kiini.

Muda wa maisha wa viini vya γ-radioactive kawaida huwa katika mpangilio wa 10 -12 –10 -17 s. Katika baadhi ya matukio, wakati kiwango cha juu cha kukataza kinajumuishwa na nishati ya chini ya γ-mpito, nuclei ya γ-radioactive na maisha ya utaratibu wa macroscopic (hadi saa kadhaa, na wakati mwingine zaidi) inaweza kuzingatiwa. Majimbo ya msisimko wa muda mrefu wa nuclei huitwa isoma . Mfano wa kawaida wa isoma ni isotopu ya indium 115 In (Mchoro 6.1). Hali ya chini ya 115 In ina J P = 9/2 +. Kiwango cha kwanza cha msisimko kina nishati sawa na 335 keV na usawa wa spin wa J P = 1/2 -. Kwa hiyo, mpito kati ya majimbo haya hutokea tu kwa njia ya utoaji wa M4 γ-quantum. Mpito huu ni marufuku sana kwamba nusu ya maisha ya hali ya msisimko inageuka kuwa masaa 4.5.
Jambo la isomerism ya nyuklia liligunduliwa mnamo 1921 na O. Gann, ambaye aligundua kuwa kuna vitu viwili vya mionzi ambavyo vina nambari sawa za molekuli A na nambari ya atomiki Z, lakini hutofautiana katika nusu ya maisha. Baadaye ilionyeshwa kuwa hii ilikuwa hali ya isomeri ya 234m Pa. Kulingana na Weizsäcker (Naturwiss. 24, 813, 1936), isomerism ya nyuklia hutokea wakati wowote kasi ya angular ya kiini katika hali ya msisimko na nishati ya chini ya msisimko inatofautiana na kasi ya angular katika hali yoyote yenye nishati ya chini ya kusisimua kwa vitengo kadhaa ћ. Hali ya isomeri (metastable) ilifafanuliwa kuwa hali ya msisimko yenye maisha yanayoweza kupimika. Kadiri mbinu za majaribio za γ-spectroscopy zilivyoboreshwa, maisha ya nusu yanayoweza kupimika yalipungua hadi 10 -12 -10 -15 s.

Jedwali 6.1

Hali za msisimko 19 F

Majimbo ya Isomeric yanapaswa kutarajiwa ambapo viwango vya ganda ambavyo viko karibu katika nishati hutofautiana sana katika maadili ya mzunguko. Ni katika maeneo haya ambayo kinachojulikana kama "visiwa vya isomerism" ziko. Kwa hivyo, uwepo wa isomer katika 115 hapo juu Katika isotopu ni kutokana na ukweli kwamba haina protoni moja kufikia shell iliyofungwa Z = 50), yaani, kuna "shimo" moja ya protoni. Katika hali ya chini, shimo hili liko kwenye ganda ndogo la 1g 9/2, na katika hali ya msisimko, katika 1p 1/2 ndogo. Hali hii ni ya kawaida. Visiwa vya isomerism ziko mara moja kabla ya nambari za uchawi 50, 82 na 126 upande wa Z na N ndogo. Kwa hiyo, majimbo ya isomeri yanazingatiwa katika nuclei 86 Rb (N = 49), 131 Te (N = 79, ambayo ni. karibu na 82), 199 Hg ( Z = 80, ambayo ni karibu na 82), nk Kumbuka kwamba, pamoja na wale wanaozingatiwa, kuna sababu nyingine za kuonekana kwa majimbo ya isomeric. Hivi sasa, idadi kubwa ya isoma imegunduliwa na nusu ya maisha kutoka sekunde kadhaa hadi 3 · 10 miaka 6 (210m Bi). Isotopu nyingi zina majimbo kadhaa ya isoma. Jedwali 6.2 linaonyesha vigezo vya isoma za muda mrefu (T 1/2 > mwaka).

Jedwali 6.2

Vigezo vya hali ya isomeri ya nuclei ya atomiki

Aina nyingine ya mabadiliko ya nyuklia ni wakati kiini haiozi, kama katika kuoza kwa alpha, na haibadilishi muundo wake, kama katika kuoza kwa beta, lakini inabaki yenyewe, lakini tu, kwa kiasi kikubwa, inabadilisha sura yake. Matoleo tofauti ya kiini kimoja, tofauti tu katika mwendo na mwelekeo wa pande zote wa spins za protoni na neutroni, huitwa. isoma. Isoma tofauti zina nishati tofauti, kwa hivyo kuzibadilisha kuwa kila moja husababisha utoaji wa fotoni.

Hii ni sawa na kile kinachotokea kwa atomi: kuna hali ya chini, yenye nishati ya chini kabisa, na majimbo ya msisimko, ambayo nishati ni ya juu. Atomu inapobadilisha muundo wake wa kielektroniki na hivyo kuruka kutoka kiwango cha msisimko hadi kiwango cha chini, hutoa fotoni. Ni sawa katika kokwa. Kwa kila kiini kuna ngazi nzima ya majimbo ya msisimko na nishati iliyoongezeka. Isoma za msisimko hazina msimamo na kwa kawaida hurudi haraka kwenye hali ya chini ya kiini, na kutoa fotoni. Wakati mwingine, hata hivyo, wao kuoza katika nuclei nyingine kutokana na mionzi ya kawaida.

Kama vile hali ya msisimko ya atomi inaweza kuwa ya muda mfupi au ya muda mrefu, isoma za nyuklia pia zinaweza kuwa na nusu ya maisha tofauti. Kwa mlinganisho na mabadiliko ya atomiki, ikiwa hakuna chochote kinachoingilia kuoza kwa hali ya msisimko, inaweza kutokea haraka sana, wakati wa utaratibu wa zeptoseconds, yaani kihalisi katika "mizunguko ya saa" machache ya mwendo wa nyuklia. Hizi ni, kwa mfano, isoma nyingi za nuclei za mwanga. Katika nuclei nzito picha ni tofauti zaidi. Kwa mfano, kati ya mamia ya isoma zinazojulikana za kiini cha risasi 208 Pb, kuna zile zinazoishi kutoka makumi ya zeptoseconds hadi nanoseconds.

Katika baadhi ya matukio, wakati kuoza kwa isoma ni vigumu sana, maisha ya kiini cha msisimko yanaweza kufikia sekunde au zaidi. Tayari tumekutana na mfano mmoja kati ya isoma za urani. Mfano mwingine maarufu ni isomer ya hafnium-178, iliyoteuliwa 178m2 Hf. Ina mzunguko mkubwa - hadi vitengo 16. Hii inafanya mpito wake kwa hali ya chini kuwa ngumu sana kwamba nusu ya maisha yake ni Umri wa miaka 31. Hii tayari ni mengi hata kwa viwango vya kibinadamu. Kulikuwa na hata mapendekezo ya kutengeneza aina ya bomu la nyuklia "safi" kulingana na isoma hii ya hafnium. Tunachukua hafnium-178, kuiweka katika hali ya msisimko, pakiti kiasi kidogo cha isomer kwenye shell na kuiweka na kifaa cha kutolewa nishati. Bomu kama hilo lilipolipuka, fotoni pekee ndizo zingetolewa. Ingesababisha uharibifu kuzunguka yenyewe bila uchafuzi wa mionzi ya muda mrefu ya mazingira, na kwa hivyo haingekuwa chini ya makubaliano juu ya silaha za nyuklia "za kawaida". Kwa bahati nzuri, kudhibiti viwango vya nishati katika viini ni kazi ngumu sana kwamba hakuna teknolojia inayojulikana ya kusukuma na kutoa nishati inayokaribia kukidhi mahitaji yanayohitajika. Kwa hivyo bomu la hafnium kwa sasa linaweza kuchukuliwa kuwa ndoto ya bomba.

Hatimaye, katika hali za kipekee sana, kiini cha msisimko kinaweza kuwa cha muda mrefu sana kwamba uozo wake hauzingatiwi chini ya hali ya maabara, na isoma hii yenyewe inaweza hata kuwepo katika mkusanyiko fulani chini ya hali ya asili. Hii ni, kwa mfano, isoma ya tantalum 180m Ta. Inafanya 0.012% ya tantalum yote ya asili, na maisha yake ni ya muda mrefu sana (inajulikana tu kuwa inazidi miaka 10 15).

ISOMERIA NUCLEAR

Kuwepo kwa viini fulani, pamoja na hali ya chini, ya hali ya msisimko wa muda mrefu (metastable), inayoitwa. isomeric. Jambo I.I. iligunduliwa mwaka wa 1921 na O. Hahn, ambaye aligundua radioact. dutu aliyoiita uranium Z (UZ), ambayo ilikuwa na nambari ya atomiki Z sawa na nambari ya molekuli A, kama mionzi nyingine, dutu UX 2, lakini ilitofautiana nayo katika nusu ya maisha yake. Dutu zote mbili zilikuwa bidhaa za kuoza kwa p ya kipengele sawa UX 1 (234 90 Th). Baadaye iliibuka kuwa UZ na UX 2 ndio majimbo ya ardhini na ya isomeri ya 234 91 Pa nucleus (hali ya isomeri inaonyeshwa na faharisi. T, km 234m 91 Ra). Mnamo 1935, I.V. Kurchatov, B.V. Kurchatov, L.V. Mysovsky na L.I. isotopu 80 35 Br, ambayo ina maisha ya nusu mbili, ambayo yanahusiana na kuoza kutoka kwa ardhi na majimbo ya isomeric. Uchunguzi zaidi ulifunua idadi kubwa ya hali za isomeri za nuclei zilizo na mtengano. nusu ya maisha kutoka 3. Miaka 10 6 (210m Bi) hadi kadhaa. mks na hata. Mhe. viini vina isoma 2, na, kwa mfano, 160 Lakini ina majimbo 4 ya isomeri. mionzi ya Gamma). Hii kawaida hufanyika wakati nishati ndogo ya mpito imejumuishwa na tofauti kubwa katika maadili ya wakati wa idadi ya mwendo I (wakati wa angular) wa mwanzo. na majimbo ya mwisho. Kadiri uwingi wa wingi ulivyo juu na jinsi nishati ya mpito ya hw inavyopungua, ndivyo uwezekano wa mpito wa y unavyopungua. Katika baadhi ya matukio, kudhoofika kwa uwezekano wa utoaji wa g-quanta huelezewa na vipengele vya kimuundo ngumu zaidi vya majimbo ya kiini, kati ya ambayo mpito hutokea (miundo tofauti ya kiini katika majimbo ya isomeric na ya msingi). . Kielelezo cha 1 na 2 kinaonyesha vipande vya mipango ya mtengano kwa isoma za 234m 91 Pa na 80m 35 Br. Katika kesi ya protactinium, sababu ya I. i ni nishati ya chini na multipolarity ya juu EZg- mpito. Ni ngumu sana kwamba katika hali nyingi sana isoma hupitia uozo wa b (ona. Kuoza kwa Beta viini). Kwa isoma fulani, mpito wa isomeri mara nyingi huwa hauonekani kabisa. Kwa upande wa 80m 35 Vr I. I. inawajibika kwa mabadiliko ya g ya multipolarity ya MS.
Mchele. 1. Mpango wa kuoza kwa isomer ya 234m 91 Ra. Ardhi (0) na majimbo ya isomeri yameangaziwa kwa mistari minene; upande wa kushoto ni maadili ya spins na parities (I p), kulia ni multipolarity, kiwango cha nishati (katika keV) na nusu ya maisha; Uwezekano wa njia mbalimbali za kuoza kwa nyuklia kutoka kwa hali ya isomeric hutolewa kwa%.

Hali ya isomeri hasa huharibika kupitia mpito wa g, lakini katika visa 5 kati ya 1000 huzingatiwa. kuoza kwa alpha. Katika mifano iliyotolewa, mabadiliko ya isomeri huambatana katika hali nyingi na utoaji wa elektroni za uongofu badala ya miale ya kijivu (ona Mtini. Ubadilishaji wa ndani).

Mchele. 2. Mpango wa mtengano wa isoma ya 80m 35 Br; E.
Mchele. 3. Mpango wa uozo wa 242m 95 Am.

Idadi kubwa ya mabadiliko ya isomeric ya multipolarity M4 huzingatiwa wakati wa "kutokwa" kwa majimbo ya msisimko wa nuclei isiyo ya kawaida, wakati idadi ya protoni au neutroni inakaribia nambari ya uchawi. nambari (visiwa vya isomerism). Hii inaelezwa mfano wa shell ya kiini, kama matokeo ya kujazwa na viini vya majimbo jirani, sawa katika nishati, lakini tofauti sana katika spin, ya majimbo ya g 9/2 na p 1/2, na vile vile h 11/2 na d 3/2 (g, p, h, d - uteuzi kwa wakati wa obiti wa nucleons, fahirisi kwao ni maadili ya spin).

Mchele. 4. Mpango wa kuoza wa 180m 72 Hf.

Tofauti na mifano iliyotolewa, hali ya isomeri 180m 72 Hf (Kielelezo 4) ni ya kiini imara na ina nishati ya juu ya kusisimua. Sababu ya isomerism ni nguvu dhaifu ya g-mpito E1 na nishati ya 57.6 keV, ambayo imezuiwa mara 10 16 kutokana na tofauti za kimuundo kati ya majimbo 8 - na 8 +. Mnamo 1962, aina mpya ya isomerism ya fission iligunduliwa huko JINR. Ilibadilika kuwa isotopu fulani za vipengele vya transuranium U, Pu, Am, Cm na Bk zina majimbo ya kusisimua yenye nishati ya ~ 2-3 MeV, ambayo huharibika kwa mgawanyiko wa nyuklia wa hiari. Inachukuliwa kuwa aina hii I. i. inaelezewa na tofauti katika umbo la viini katika hali ya isomeri na ardhi (ona. Mgawanyiko wa nyuklia). Majimbo yenye msisimko wa hali ya juu yanaweza kuoza kwa protoni (ona Mionzi ya protoni).Lit.: M ukhin K.N., Fizikia ya nyuklia ya majaribio 1, M, 1983; Alpha, beta na gamma spectroscopy, trans. kutoka kwa Kiingereza katika 3. M., 1969; tazama pia lit. na meza kwa Sanaa. Nuclide. A. I. Feoktistov.

• - Wanazungumza kuhusu isomerism katika hali ambapo, kati ya jeni nyingi zinazoigiza kipekee, kila moja inaweza kusababisha athari sawa ya phenotypic, na uwepo wao wa kawaida katika jenomu ama huongeza udhihirisho...

  Masharti na ufafanuzi unaotumika katika kuzaliana, jeni na uzazi wa wanyama wa shambani

• - kuwepo kwa misombo sawa katika muundo na mol. wingi, lakini tofauti katika kimwili na chem. Mtakatifu kwako. Viunganisho kama hivyo kuitwa isoma...

  Ensaiklopidia ya kemikali

• - jambo katika kemia, ch. ar. kikaboni, ambayo inajumuisha kuwepo kwa misombo ambayo ni sawa katika utungaji na kusema. wingi, lakini hutofautiana katika muundo au mpangilio wa atomi angani na kutokana na...

  Kamusi kubwa ya Encyclopedic Polytechnic

• - kemikali. misombo, jambo linalojumuisha kuwepo kwa isoma - misombo ambayo ni sawa katika utungaji na mol. wingi, lakini hutofautiana katika mpangilio wa kuunganishwa kwa atomi, nafasi ya vifungo vingi au utendaji kazi...

  Sayansi ya asili. Kamusi ya Encyclopedic

• - katika genetics, kuwepo kwa jeni kadhaa zinazosababisha athari sawa ya phenotypic ...

  Kamusi kubwa ya matibabu

• - - Mnamo 1824, Liebig na Gay-Lussac walianzisha muundo wa hidroksidi ya fedha, na, kulingana na data iliyopatikana, waligundua asidi ya anhydrous fulminate kama kiwanja cha cyanogen na oksijeni C4N2O2 ...

  Kamusi ya Encyclopedic ya Brockhaus na Euphron

• - misombo ya kemikali, jambo linalojumuisha kuwepo kwa vitu vinavyofanana katika muundo na uzito wa Masi, lakini hutofautiana katika muundo au mpangilio wa atomi katika nafasi na, kwa sababu hiyo, katika ...

  Encyclopedia kubwa ya Soviet

• - misombo ya kemikali, jambo linalojumuisha kuwepo kwa isoma - misombo ambayo ni sawa katika muundo na uzito wa Masi, lakini hutofautiana katika muundo au mpangilio wa atomi katika nafasi na, ...

  Kamusi kubwa ya encyclopedic

• - R., D., Pr....

  Kamusi ya tahajia ya lugha ya Kirusi

• - isomerism Jambo la kemikali linalojumuisha kuwepo kwa isoma ...

  Kamusi ya ufafanuzi na Efremova

• - ...

  Tahajia kitabu cha marejeleo ya kamusi

• - isoma "...

  Kamusi ya tahajia ya Kirusi

• - Sifa za isomeri ...

  Kamusi ya maneno ya kigeni ya lugha ya Kirusi

• - ...

  Maumbo ya maneno

• - metamerism ...

  Kamusi ya visawe

• - Seti ya vibali au uwekaji wa vipengele vya n...

  Kamusi ya istilahi za lugha T.V. Mtoto wa mbwa

"NUCLEAR ISOMERIA" katika vitabu

Kivutio cha nyuklia