Definición de isómeros nucleares y ejemplos

Los isómeros nucleares son átomos con el mismo número de masa y número atómico, pero con diferentes estados de excitación en el núcleo atómico. Cuanto más alto o más estado emocionado se llama estado metaestable, mientras que el estado estable no excitado se llama estado fundamental.

La mayoría de las personas son conscientes electrones puede cambiar los niveles de energía y encontrarse en estados excitados. Un proceso análogo ocurre en el núcleo atómico cuando protones o neutrones (los nucleones) se excitan. El nucleón excitado ocupa un orbital nuclear de mayor energía. La mayoría de las veces, los nucleones excitados regresan inmediatamente al estado fundamental, pero si el estado excitado tiene una vida media más de 100 a 1000 veces mayor que los estados excitados normales, se considera un estado metaestable. En otras palabras, la vida media de un estado excitado suele ser del orden de 10^-12 segundos, mientras que un estado metaestable tiene una vida media de 10

los razón La forma de los estados metaestables se debe a que se necesita un cambio de espín nuclear más grande para que puedan regresar al estado fundamental. El alto cambio de giro hace que las desintegraciones sean "transiciones prohibidas" y las retrasa. La vida media de descomposición también se ve afectada por la cantidad de energía de descomposición disponible.

La mayoría de los isómeros nucleares regresan al estado fundamental a través de la desintegración gamma. A veces, la desintegración gamma de un estado metaestable se denomina transición isomérica, pero es esencialmente lo mismo que la desintegración gamma normal de corta duración. En contraste, los estados atómicos más excitados (electrones) regresan al estado fundamental a través de fluorescencia.

Otra forma en que los isómeros metaestables pueden descomponerse es mediante conversión interna. En la conversión interna, la energía que libera la desintegración acelera un electrón interno y hace que salga del átomo con considerable energía y velocidad. Existen otros modos de desintegración para isómeros nucleares altamente inestables.

El estado fundamental se indica usando el símbolo g (cuando se usa cualquier notación). Los estados excitados se denotan usando los símbolos m, n, o, etc. El primer estado metaestable se indica con la letra m. Si un isótopo específico tiene múltiples estados metaestables, los isómeros se designan m1, m2, m3, etc. La designación aparece después del número de masa (por ejemplo, cobalto 58m o ^58m₂₇Co, hafnio-178m2 o ^178m2₇₂Hf).

El símbolo sf se puede agregar para indicar isómeros capaces de fisión espontánea. Este símbolo se usa en la tabla de nucleidos de Karlsruhe.

Otto Hahn descubrió el primer isómero nuclear en 1921. Esto fue Pa-234m, que decae en Pa-234.

El estado metaestable más longevo es el de ^180m₇₃ Ejército de reserva. No se ha visto que este estado metaestable del tantalio decaiga y parece durar al menos 10¹⁵ años (más larga que la edad del universo). Debido a que el estado metaestable dura tanto tiempo, el isómero nuclear es esencialmente estable. Tantalio-180m se encuentra en la naturaleza en una abundancia de aproximadamente 1 por 8300 átomos. Se cree que quizás el isómero nuclear se hizo en supernovas.

Los isómeros nucleares metaestables se producen a través de reacciones nucleares y se pueden producir utilizando fusión nuclear. Ocurren tanto natural como artificialmente.

Un tipo específico de isómero nuclear es el isómero de fisión o el isómero de forma. Los isómeros de fisión se indican usando una posdata o superíndice "f" en lugar de "m" (por ejemplo, plutonio-240f o ^240f₉₄Pu). El término "isómero de forma" se refiere a la forma del núcleo atómico. Mientras que el núcleo atómico tiende a representarse como una esfera, algunos núcleos, como los de la mayoría de los actínidos, son esferas proladas (en forma de balón de fútbol). Debido a los efectos de la mecánica cuántica, se dificulta la desexcitación de los estados excitados al estado fundamental, por lo que los estados tienden a sufrir fisión espontánea o, de lo contrario, vuelven al estado fundamental con una vida media de nanosegundos o microsegundos Los protones y neutrones de un isómero de forma pueden estar incluso más lejos de una distribución esférica que los nucleones en el estado fundamental.

Los isómeros nucleares pueden usarse como fuentes gamma para procedimientos médicos, baterías nucleares, para la investigación de rayo gamma emisión estimulada, y para láseres de rayos gamma.