Izomeria jądrowa

Przykład izomerii  : tantal 179

Izomer	Energia wzbudzenia	Kropka	Obracać
179 Twój	0,0 k eV	1,82 roku	7/2 +
179m1 Ta	30,7 k eV	1,42 µs	9 / 2-
179m2 Ta	520,2 k eV	335 ns	1/2 +
179m3 Ta	1252,6 k eV	322 ns	21 / 2-
179m4 Ta	1317,3 k eV	9,0 ms	25/2 +
179m5 Ta	1327,9 k eV	1,6 µs	23 / 2-
179m6 Ta	2639,3 k eV	54,1 ms	37/2 +

Izomer jądrowy , jest fakt, że pojedynczy rdzeń atomowy mogą występować w różnej energii stanowi charakteryzujących się do wirowania i energii specyficzne wzbudzenia. Stan odpowiadający najniższemu poziomowi energii nazywany jest stanem podstawowym  : jest to stan, w którym wszystkie nuklidy występują naturalnie . Stany o wyższej energii, jeśli istnieją, nazywane są izomerami jądrowymi rozważanego izotopu ; są na ogół bardzo niestabilne i najczęściej wynikają z rozpadu radioaktywnego .

Izomery jądrowe są zapisywane przez dodanie litery „m” - od „  metastabilny  ” - do rozpatrywanego izotopu : tak więc glin 26 , którego podstawowy poziom ma spin  5+ i jest radioaktywny z okresem 717 000 lat, ma izomer oznaczony 26m Al , charakteryzujący się spinem 0+, energią wzbudzenia 6,345,2  k eV i okresem 6,35 sekundy.

Jeśli istnieje kilka poziomów wzbudzenia tego izotopu, każdy z nich jest zapisywany po literze „m” po numerze porządkowym, stąd izomery tantalu 179 przedstawione w tabeli obok.

Izomeru jądrowego powraca do stanu podstawowego po ustąpieniu izomeryczną przejścia , co prowadzi do emisji z energicznym fotonów , X- promienie lub gamma, promieniami , co odpowiada energii wzbudzenia.

Szczególnie interesujące izomery jądrowe

Na szczególną uwagę zasługują niektóre izomery jądrowe:

• Technet-99m stosuje się w medycynie do jego emisji fotonów 140 k eV odpowiadającego y, promienie zwykle w radiologii .

• Hafnu 178m2 jest zarówno bardzo energiczny i raczej stabilny, z okresu 31 lat; Zdaniem niektórych naukowców jego izomeryczną przemianę mogłoby wywołać padające promieniowanie rentgenowskie, które utorowałoby drogę do metody magazynowania o bardzo dużej gęstości energii, a także do stworzenia kompaktowej broni masowego rażenia nowej generacji.

• Tantal 180m1 ma rozróżnienie jest trwały przez co najmniej 10 15  lat, co jest tym bardziej niezwykłe, że stan podstawowy izotopu 180 TA jest jednak bardzo niestabilny: im 180m TA jest izomer tylko jądrowa występuje w środowisku naturalnym ; Mechanizm jego powstawania w supernowych jest również dość zagadkowy.

• Toru 229m mogą być znane izomer o najniższej energii wzbudzenia tylko kilka woltów elektronowej  : energia ta jest na tyle mała, że jest trudna do zmierzenia, konsensus usytuowania oszacowanie ± 7,6 0,5  eV . Odpowiada to fotonom w ultrafiolecie i gdyby można było wzbudzić izotop 229 Th laserem ultrafioletowym o odpowiedniej długości fali, umożliwiłoby to realizację baterii o dużej gęstości energii, nawet o precyzji zegarów jądrowych .

• Ameryk-242 jest, jak tantal 180m1 bardziej stabilne niż jego stanu podstawowego; jego masa krytyczna wynosząca kilka kilogramów uczyniłaby go możliwym paliwem jądrowym do zastosowań w napędach kosmicznych przez fragmenty rozszczepienia .

Izomery rozszczepienia

Oprócz izomerii jądrowej wynikającej z energii wzbudzenia, która modyfikuje rozmieszczenie nukleonów na warstwach jądrowych, istnieje izomeria kształtu, zwana „  rozszczepieniem  ”, określana przez szczególną konformację dużych jąder atomowych znacznie odchylonych. Geometria sferyczna: w zależności od przypadku przyjmują kształt spłaszczony lub wydłużony sferoidy , ze stosunkami średnicy do osi symetrii, które mogą przekraczać 1: 2.

W przeciwieństwie do izomerów wzbudzonych, izomery rozszczepienia mogą zostać ponownie wchłonięte inaczej niż przez promieniowanie γ  : nadmierne odkształcenie jądra może rzeczywiście doprowadzić do jego rozszczepienia .

Te izomery rozszczepienia są oznaczone literą „f” zamiast „m”, tak jak izomer 242f Am, różny od izomeru 242m Am .

Uwagi i odniesienia

1. (w) BR Beck i in., „  Energy splitting in the base state doublet in the nucleus 229 Th  ” , Physical Review Letters , vol.  98, 6 kwietnia 2007, s.  142501 ( DOI  10.1103 / PhysRevLett.98.142501 , czytaj online )