تعريف الأيزومر النووي
الأيزومرات النووية هي ذرات لها نفس عدد الكتلة والرقم الذري ، ولكن مع حالات إثارة مختلفة في النواة الذرية. تسمى الحالة المرتفعة أو الأكثر إثارة حالة الحالة الثابتة ، في حين تسمى الحالة المستقرة وغير المهتمة الحالة الأساسية.
كيف هؤلاء يعملون
معظم الناس يدركون أن الإلكترونات يمكنها تغيير مستويات الطاقة وتوجد في حالات متحمسة. تحدث عملية مماثلة في النواة الذرية عندما تصبح البروتونات أو النيوترونات (النوكليونات) متحمسة. تحتل النيوكليون المتحمس مدارًا نوويًا عالي الطاقة. في معظم الوقت ، تعود النوكليونات المنفعلة فورًا إلى الحالة الأساسية ، ولكن إذا كان عمر الحالة المثير أكثر من 100 إلى 1000 مرة من الحالات المستثارة العادية ، فيُعتبر حالة مستقرة. بمعنى آخر ، يكون عمر النصف لحالة متحمسة عادةً ما يتراوح بين 10 إلى 12 ثانية ، في حين أن مدة الحالة المنقولة تكون بين 10 و 9 ثوانٍ أو أكثر. تعرّف بعض المصادر الحالة المنقولة بأنها لها عمر افتراضي أكبر من 5 × 10-9 ثواني لتجنب الالتباس مع نصف عمر انبعاث غاما. بينما تتحلل معظم الحالات الثابتة بسرعة ، إلا أن بعضها يستمر لعدة دقائق أو ساعات أو سنوات أو لفترة أطول.
السبب وراء تشكيل الدول المنقولة هو الحاجة إلى تغيير أكبر في الدوران النووي من أجل عودتها إلى الحالة الأساسية. التغيير العالي في الدوران يجعل التحلل "تحولات محظورة" ويؤخرها. يتأثر نصف عمر الانحلال أيضًا بكمية طاقة الانحلال المتوفرة.
تعود معظم الأيزومرات النووية إلى الأرض عن طريق تحلل جاما. في بعض الأحيان يسمى تدهور غاما من حالة النقيلي الانتقال الأيزوميري ، لكنه في الأساس نفس تدهور غاما الطبيعي قصير العمر. على النقيض من ذلك ، تعود معظم الحالات الذرية المثيرة (الإلكترونات) إلى الحالة الأرضية عبر التألق.
هناك طريقة أخرى يمكن أن تتحلل بها أيزومرات قابلة للتحويل عن طريق التحويل الداخلي. في التحويل الداخلي ، تسرع الطاقة المنبعثة من الانحلال من الإلكترون الداخلي ، مما يتسبب في خروجها من الذرة بقوة وسرعة كبيرة. توجد طرق تحلل أخرى للأيزومرات النووية غير المستقرة للغاية.
ترميز الحالة الثابتة والأرضية
يشار إلى الحالة الأرضية باستخدام الرمز g (عند استخدام أي تدوين). تتم الإشارة إلى الحالات المثارة باستخدام الرموز m و n و o ، إلخ. تتم الإشارة إلى الحالة الثابتة الأولى بالحرف m. إذا كان لنظير معين حالات متعددة قابلة للانتشار ، فسيتم تعيين الأيزومرات m1 ، m2 ، m3 ، إلخ. يتم سرد التسمية بعد عدد الكتلة (على سبيل المثال ، الكوبالت 58m أو 58m27Co ، hafnium-178m2 أو 178m272Hf).
يمكن إضافة الرمز sf للإشارة إلى الأيزومرات القادرة على الانشطار التلقائي. يستخدم هذا الرمز في مخطط كارلسروه نوكليدي.
أمثلة الحالة الثابتة
اكتشف أوتو هان أول ايزومر نووي في عام 1921. كان هذا Pa-234m ، والذي يتحلل في Pa-234.
أطول حالة نقالة مستقرة هي 180 مليون متر مكعب. لم يتم رؤية حالة التانتال النقيلة هذه على أنها تتحلل ويبدو أنها تدوم 1015 عامًا على الأقل (أطول من عمر الكون). نظرًا لأن الحالة الثابتة يمكن أن تستمر لفترة طويلة ، فإن الأيزومر النووي مستقر بشكل أساسي. تم العثور على التنتالوم - 180 متر في الطبيعة بوفرة حوالي 1 لكل 8300 ذرة. يعتقد أنه ربما تم صنع الأيزومر النووي في المستعرات الأعظمية.
كيف يصنعون
تحدث الأيزومرات النووية الثابتة عن طريق التفاعلات النووية ويمكن إنتاجها باستخدام الانصهار النووي. تحدث بشكل طبيعي ومصطنع.
ايزومرات الانشطار وأيزومرات الشكل
وهناك نوع محدد من الأيزومر النووي هو أيزومر الانشطار أو أيزومر الشكل. تتم الإشارة إلى أيزومرات الانشطار باستخدام إما الحاشية أو الحاشية السفلية "f" بدلاً من "m" (على سبيل المثال ، البلوتونيوم 240f أو 240f94Pu). يشير مصطلح "isomer الشكل" إلى شكل النواة الذرية. في حين تميل النواة الذرية إلى تصويرها كروية ، فإن بعض النواة ، مثل تلك الموجودة في معظم الأكتينيدات ، عبارة عن كرات ممتدة (على شكل كرة قدم). نظرًا للتأثيرات الميكانيكية الكمومية ، يتم إعاقة إزالة الإثارة للحالات المفعمة بالحالة الأرضية ، وبالتالي تميل الحالات الماثلة للخضوع إلى الانشطار العفوي أو العودة إلى الحالة الأرضية مع فترة نصف عمر للنانو ثانية أو بالجزرية الدقيقة. قد تكون البروتونات والنيوترونات في أيزومر الشكل أبعد من التوزيع الكروي من النكليونات الموجودة على الأرض.
استخدامات الايزومرات النووية
يمكن استخدام الأيزومرات النووية كمصادر جاما للإجراءات الطبية ، والبطاريات النووية ، وللبحث في انبعاثات أشعة جاما المنبعثة ، ولأشعة أشعة جاما.