Приглашаем посетить сайт

Физическая энциклопедия. В 5-ти томах
ИЗОМЕРИЯ ЯДЕРНАЯ

ИЗОМЕРИЯ ЯДЕРНАЯ

ИЗОМЕРИЯ ЯДЕРНАЯ - существование у нек-рых ядер наряду с основным состоянием достаточно долгоживущих (метастабильных) возбуждённых состояний, наз. изомерными. Явление И. я. было открыто в 1921 О. Ганом (О. Hahn), к-рый обнаружил радиоакт. вещество, названное им ураном Z (UZ), имевшее тот же атомный номер Z и массовое число А, что и др. радиоакт, вещество UX₂, но отличалось от него периодом полураспада. Оба вещества являлись продуктами р-распада одного и того же элемента UX₁ (²³⁴₉₀Th). В дальнейшем выяснилось, что UZ и UX₂ - основное и изомерное состояния ядра ²³⁴₉₁Pa (изомерное состояние обозначают индексом т, напр. ^234m₉₁ Ра). В 1935 И. В. Курчатов, Б. В. Курчатов, Л. В. Мысовский и Л. И. Русинов обнаружили, что при облучении нейтронами стабильного изотопа ⁷⁹₃₅ Вr образуется радиоакт. изотоп ⁸⁰₃₅ Вr, имеющий два периода полураспада, что соответствовало распадам из основного и изомерного состояний. Дальнейшие исследования выявили большое число изомерных состояний ядер с разл. периодами полураспада от 3^.10⁶ лет (^210mBi) до неск. мкс и даже не. Мн. ядра имеют по 2 изомера, а, напр., ¹⁶⁰ Но имеет 4 изомерных состояния. <Причиной И. я. является ослабление вероятности испускания g-квантов из возбуждённого состояния (см. Гамма-излучение). Обычно это происходит, когда небольшая энергия перехода сочетается с большой разностью значений моментов кол-ва движения I (угл. моментов) нач. и конечного состояний. Чем выше мультипольность и чем меньше энергия hw перехода, тем меньше вероятность у-перехода. В нeк-рых случаях ослабление вероятности испускания g-квантов объясняется более сложными структурными особенностями состояний ядра, между к-рыми происходит переход (разное строение ядра в изомерном и нижележащем состоянии).На рис. 1 и 2 приведены фрагменты схем распада изомеров ^234m₉₁Pa и ^80m₃₅Br. В случае протактиния причина И. я.- малая энергия и высокая мультипольность ЕЗg -перехода. Он столь затруднён, что в подавляющем числе случаев изомер испытывает b-распад (см. Бета-распад ядер). Для нек-рых изомеров изомерный переход часто становится вообще ненаблюдаемым. В случаe^80m₃₅ Вr И. я. обязана g-переходу мультипольности МЗ. <Ядро из изомерного состояния (I^p = 5^-) переходит вболее низкое по энергии состояние (2^-), к-рое за небольшое время переходит в осн. состояние ядра ⁸⁰₃₅ Вr. В случае ядра ²⁴² Аm (рис. 3) И. я. связана с g-переходом мультипольности E4.

Рис. 1. Схема распада изомера ^234m₉₁ Ра. Основное (0) и изомерное состояния выделены жирными линиями; слева указаны значения спинов и чётностей (I^p), правее - мультипольность, энергии уровней (в кэВ) и периоды полураспада; в % даны вероятности различных каналов распада ядра из изомерного состояния.

Изомерное состояние в основном распадается через g-переход, но в 5 из 1000 случаев наблюдается альфа-распад. В приведённых примерах изомерные переходы сопровождаются испусканием в большинстве случаев не g-квантов, а конверсионных электронов (см. Конверсия внутренняя).

Рис. 2. Схема распада изомера ^80m₃₅Br; Э. <З.-электронный захват.

Рис. 3. Схема распада ^242m₉₅Am.

Большое число изомерных переходов мулътиполь-ности M4 наблюдается при "разрядке" возбуждённых состояний нечётных ядер, когда число протонов или нейтронов приближается к магич. числам (острова изомерии). Это объясняется оболочечной моделью ядра, как следствие заполнения нуклонами соседних, близких по энергии, но сильно отличающихсяпо спинам состояний g_9/2 и р _1/2, а также h_11/2 и d_3/2 (g, р, h, d - обозначения орбитальных моментов нуклонов, индексы при них - значения спина).

Рис. 4. Схема распада ^180m₇₂Hf.

В отличие от приведённых примеров, изомерное состояние ^180m₇₂Hf (рис. 4) принадлежит стабильному ядру и имеет сравнительно большую энергию возбуждения. Причиной изомерии является сильно ослабленный g-пе-реход E1с энергией 57,6 кэВ, к-рый заторможен в 10¹⁶ раз из-за структурных отличий состояний 8^- и 8⁺. В 1962 в ОИЯИ был открыт новый вид И. я.- делительная изомерия. Оказалось, что у нек-рых изотопов трансурановых элементов U, Pu, Am, Cm и Bk есть возбуждённые состояния с энергией ~2-3 МэВ, к-рые распадаются путём спонтанного деления ядер. Предполагается, что этот вид И. я. объясняется различием формы ядер в изомерном и основном состояниях (см. Деление ядер). Высоковозбужденные изомерные состояния могут испытывать протонный распад (см. Протонная радиоактивность). Лит.: М у х и н К. Н., Экспериментальная ядерная физика 4 изд т. 1, М , 1983; Альфа-, бета- и гамма-спектроскопия, пеp. с англ. в 3. М. , 1969; см. также лит. и табл. к ст. Нуклид. А. И. Феоктистов.