核異性体の定義と例
核異性体は、原子核内の陽子または中性子が励起されたときに発生しますが、すぐには崩壊しません。
滞在/ゲッティイメージズ
核異性体の定義
核異性体は同じ原子です 質量数 と 原子番号 、しかし異なる励起状態で 原子核 .より高いかそれ以上 興奮状態 は準安定状態と呼ばれ、励起されていない安定状態は基底状態と呼ばれます。
仕組み
ほとんどの人は気づいている 電子 エネルギー準位を変化させ、励起状態で見つけることができます。同様のプロセスが原子核で発生します。 陽子 また 中性子 （核子が）興奮する。励起された核子は、より高いエネルギーの核軌道を占有します。ほとんどの場合、励起された核子はすぐに基底状態に戻りますが、励起状態が 半減期 通常の励起状態の 100 ～ 1000 倍より長く、準安定状態と見なされます。つまり、励起状態の半減期は通常 10 のオーダーです。-12準安定状態の半減期は 10 秒ですが、-9秒以上。一部の情報源は、準安定状態を半減期が 5 x 10 を超えると定義しています。-9ガンマ放出の半減期との混同を避けるために秒。ほとんどの準安定状態は急速に崩壊しますが、数分、数時間、数年、またはそれ以上続くものもあります。
の 理由 準安定状態が形成されるのは、それらが基底状態に戻るためには、より大きな核スピンの変化が必要だからです。スピンの変化が大きいと、減衰が「禁止された遷移」になり、遅延します。崩壊の半減期は、利用可能な崩壊エネルギーの量にも影響されます。
ほとんどの核異性体は、ガンマ崩壊によって基底状態に戻ります。準安定状態からのガンマ崩壊が命名されることもある 異性体転移 ですが、本質的には通常の短命のガンマ減衰と同じです。対照的に、ほとんどの励起原子状態 (電子) は f を介して基底状態に戻ります。 蛍光 .
準安定異性体が崩壊する別の方法は、内部変換によるものです。内部変換では、崩壊によって放出されるエネルギーが内部電子を加速し、かなりのエネルギーと速度で原子から放出されます。非常に不安定な核異性体には、他の崩壊モードが存在します。
準安定状態と基底状態の表記
基底状態は、記号 g を使用して示されます (任意の表記が使用される場合)。励起状態は、記号 m、n、o などを使用して示されます。最初の準安定状態は、文字 m で示されます。特定の同位体に複数の準安定状態がある場合、異性体は m1、m2、m3 などと指定されます。指定は質量番号の後にリストされます (例: コバルト 58m または58m27Co、ハフニウム-178m2または178㎡72Hf)。
記号 sf は、自発的に分裂できる異性体を示すために追加される場合があります。この記号は、カールスルーエ核種チャートで使用されています。
準安定状態の例
オットー ハーンは 1921 年に最初の核異性体を発見しました。
最も長く続く準安定状態は、180m73タ。タンタルのこの準安定状態は崩壊が見られず、少なくとも 10 年間続くようです。15年（宇宙の年齢よりも長い）。準安定状態が非常に長く続くため、核異性体は本質的に安定しています。タンタル 180m は、8300 原子あたり約 1 個の存在量で自然界に存在します。おそらく核異性体は超新星で作られたと考えられています。
作り方
準安定核異性体は、核反応を介して発生し、次を使用して生成できます。 核融合 .それらは自然と人工の両方で発生します。
核分裂異性体と形状異性体
核異性体の特定のタイプは、核分裂異性体または形状異性体です。核分裂異性体は、「m」の代わりに「f」または「f」を使用して示されます (例: プルトニウム-240f または240 f94プ）。 「形状異性体」という用語は、原子核の形状を指します。原子核は球として描かれる傾向がありますが、ほとんどのアクチノイドの原子核など、一部の原子核は長球 (フットボールの形) です。量子力学的効果により、励起状態から基底状態への脱励起が妨げられるため、励起状態は自発的に分裂するか、ナノ秒またはマイクロ秒の半減期で基底状態に戻る傾向があります。形状異性体の陽子と中性子は、基底状態の核子よりも球状分布からさらに離れている可能性があります。
核異性体の用途
核異性体は、医療処置、核電池、研究のためのガンマ線源として使用されることがあります。 ガンマ線 誘導放出、およびガンマ線レーザー用。