Definition af nuklear isomer og eksempler

Nukleære isomerer er atomer med det samme masse antal og Atom nummer, men med forskellige tilstande af ophidselse i atomkernen. Jo højere eller mere ophidset tilstand kaldes en metastabil tilstand, mens den stabile, ikke-spændte tilstand kaldes jordtilstanden.

De fleste mennesker er opmærksomme på det elektroner kan ændre energiniveauet og findes i ophidsede tilstande. En analog proces forekommer i atomkernen når protoner eller neutroner (nukleonerne) bliver ophidsede. Den ophidsede nukleon optager en nukleær orbital med højere energi. Det meste af tiden vender de ophidsede nukleoner straks tilbage til jordtilstanden, men hvis den ophidsede tilstand har det en halveringstid længere end 100 til 1000 gange normal spændingstilstande betragtes det som en metastabil tilstand. Med andre ord er halveringstiden for en ophidset tilstand normalt i størrelsesordenen 10^-12 sekunder, mens en metastabil tilstand har en halveringstid på 10^-9 sekunder eller længere. Nogle kilder definerer en metastabil tilstand som at have en halveringstid på mere end 5 x 10

Det grund form med metastabile stater skyldes, at der er behov for en større nuklear spin-ændring, så de kan vende tilbage til jordstaten. Høj spin-ændring gør henfaldet "forbudte overgange" og forsinker dem. Forfalds halveringstid påvirkes også af, hvor meget forfaldenergi der er tilgængelig.

De fleste nukleære isomerer vender tilbage til jordtilstanden ved gamma-henfald. Nogle gange navngives gamma-henfald fra en metastabil tilstand isomer overgang, men det er i det væsentlige det samme som normalt kortvarigt gamma-henfald. I modsætning hertil vender de fleste ophidsede atomtilstande (elektroner) tilbage til jordtilstanden via fluorescence.

En anden måde, metastable isomerer kan henfalde, er ved intern konvertering. Ved intern konvertering accelererer energien, der frigøres ved henfaldet, en indre elektron, hvilket får det til at forlade atomet med betydelig energi og hastighed. Andre faldtilstande findes for meget ustabile nukleare isomerer.

Jordtilstanden er angivet ved hjælp af symbolet g (når der bruges nogen notation). De ophidsede tilstande betegnes ved hjælp af symbolerne m, n, o osv. Den første metastable tilstand angives med bogstavet m. Hvis en specifik isotop har flere metastabile tilstande, betegnes isomerer m1, m2, m3 osv. Betegnelsen er angivet efter massetallet (f.eks. Kobolt 58m eller ^58m₂₇Co, hafnium-178m2 eller ^178m2₇₂Hf).

Symbolet sf kan tilføjes for at indikere isomerer, der er i stand til spontan fission. Dette symbol bruges i Karlsruhe Nuclide Chart.

Otto Hahn opdagede den første nukleare isomer i 1921. Dette var Pa-234m, som forfalder i Pa-234.

Den langstlevede metastabile tilstand er tilstanden ^180m₇₃ Ta. Denne metastabile tilstand af tantal er ikke set til at henfalde og ser ud til at vare mindst 10¹⁵ år (længere end universets alder). Fordi den metastable tilstand varer så længe, ​​er den nukleare isomer i det væsentlige stabil. Tantal-180 m findes i naturen i en overflod på ca. 1 pr. 8300 atomer. Man tænker måske, at den nukleare isomer blev lavet i supernovaer.

Metastable nukleære isomerer forekommer via nukleare reaktioner og kan produceres ved hjælp af kernefusion. De forekommer både naturligt og kunstigt.

En specifik type nukleær isomer er fissionsisomeren eller formisomeren. Fissionsisomerer er angivet ved hjælp af enten et postscript eller superscript "f" i stedet for "m" (f.eks. Plutonium-240f eller ^240F₉₄Pu). Udtrykket "formisomer" henviser til formen på den atomære kerne. Mens atomkernen har en tendens til at blive afbildet som en kugle, er nogle kerner, såsom dem fra de fleste actinider, prolaterede sfærer (fodboldformet). På grund af kvantemekaniske effekter hindres de-eksitering af ophidsede tilstande til jordtilstanden, så den ophidsede stater har en tendens til at gennemgå spontan fission eller ellers vende tilbage til jordtilstanden med en halveringstid på nanosekunder eller mikrosekunder. Protonerne og neutronerne i en formisomer kan være endnu længere fra en sfærisk fordeling end nukleonerne i jordtilstanden.

Nukleære isomerer kan bruges som gammakilder til medicinske procedurer, nukleære batterier, til forskning i gammastråle stimuleret emission, og for gammastråle lasere.