Изобара (нуклид)

Изобары — это атомы ( нуклиды ) разных химических элементов , имеющие одинаковое число нуклонов . Соответственно, изобары различаются атомным номером (или числом протонов ), но имеют одинаковое массовое число . Примером серии изобар является ⁴⁰С , ⁴⁰кл , ⁴⁰с , ⁴⁰К и ⁴⁰Ка . Хотя все ядра этих нуклидов содержат 40 нуклонов, они содержат разное количество протонов и нейтронов. ^[1]

Термин «изобары» (первоначально «изобары») для нуклидов был предложен британским химиком Альфредом Уолтером Стюартом в 1918 году. ^[2] Оно происходит от греческого ἴσος (isos) «равный» и βάρος (baros) «вес». ^[3]

Масса

подразумевает ни одинаковую массу ядер Одно и то же массовое число не , ни равные атомные массы соответствующих нуклидов. Из формулы Вайцзеккера для массы ядра:

m(A,Z)=Zm_{p}+Nm_{n}-a_{V}A+a_{S}A^{2/3}+a_{C}{\frac {Z^{2}}{A^{1/3}}}+a_{A}{\frac {(N-Z)^{2}}{A}}-\delta (A,Z)

где массовое число $A$ равно сумме атомного номера $Z$ и числа нейтронов $N$ , а $m p$ , $m n$ , $a V$ , $a S$ , $a C$ , $a A$ являются константами, можно видеть, что масса зависит от $Z$ и $N.$ нелинейно даже при постоянном массовом числе. При нечетном $A$ допускается, что $δ = 0$ и зависимость массы от $($ или Z выпуклая от $N,$ или $N - Z$ , для постоянного $A$ это не имеет значения ). Это объясняет, что бета-распад энергетически выгоден для нейтронно-богатых нуклидов, а позитронный распад выгоден для сильно нейтронодефицитных нуклидов. Обе моды распада не меняют массового числа, следовательно, исходное ядро и его дочернее ядро являются изобарами. В обоих вышеупомянутых случаях более тяжелое ядро распадается на более легкую изобару.

Для четного $A$ член $δ$ имеет вид:

\delta (A,Z)=(-1)^{Z}a_{P}A^{-{\frac {1}{2}}}

где $P .$ — еще одна константа Этот член, вычтенный из приведенного выше выражения массы, положителен для четно-четных ядер и отрицателен для нечетно-нечетных ядер. Это означает, что четно-четные ядра, не имеющие сильного нейтронного избытка или нейтронного дефицита, имеют более высокую энергию связи , чем их нечетно-нечетные соседи-изобары. Это означает, что четно-четные ядра (относительно) легче и стабильнее. Разница особенно сильна для $A.$ малых Этот эффект также предсказывается (качественно) другими ядерными моделями и имеет важные последствия.

Стабильность

Правило изобары Маттауха гласит, что если два соседних элемента в таблице Менделеева имеют изотопы с одинаковым массовым числом, по крайней мере одна из этих изобар должна быть радионуклидом (радиоактивным). В случаях трех изобар последовательных элементов, когда первый и последний стабильны (это часто бывает для четно-четных нуклидов, см. выше ), может произойти разветвленный распад средней изобары. Например, радиоактивный йод-126 имеет почти равные вероятности двух режимов распада: испускания позитронов , приводящего к теллуру-126 , и бета-излучения , приводящего к ксенону-126 .

Никаких наблюдательно стабильных изобар не существует для массовых чисел 5 (распад до гелия-4 плюс протон или нейтрон ), 8 (распад до двух ядер гелия-4), 147, 151, а также для 209 и выше. Существуют две наблюдательно стабильные изобары для 36, 40, 46, 50, 54, 58, 64, 70, 74, 80, 84, 86, 92, 94, 96, 98, 102, 104, 106, 108, 110, 112, 114, 120, 122, 123, 124, 126, 132, 134, 136, 138, 142, 154, 156, 158, 160, 162, 164, 168, 170, 176, 180 (включая метасостояние), 192, 196, 198 и 204. ^[4]

Теоретически не существует двух стабильных нуклидов с одинаковым массовым числом (поскольку не существует двух нуклидов с одинаковым массовым числом, одновременно устойчивых к бета-распаду и двойному бета-распаду ), и не существует стабильных нуклидов с массовыми числами 5, 8, 143–155. , 160–162 и ≥ 165, поскольку теоретически стабильные нуклиды с бета-распадом для этих массовых чисел могут подвергаться альфа-распаду .

См. также

Изотопы (нуклиды, имеющие одинаковое количество протонов)
Изотоны (нуклиды, имеющие одинаковое количество нейтронов)
Ядерные изомеры (разные возбужденные состояния одного и того же нуклида)
Магическое число (физика)
Захват электрона

Библиография

Разрастание, Перри (1993). «5 – Характеристики и структура материи». Физические принципы медицинской визуализации (2-е изд.). Мэдисон, Висконсин : Издательство медицинской физики. ISBN 0-8342-0309-Х . Проверено 28 апреля 2010 г.

Ссылки

^ Разрастания (1993)
^ Брюсер, Маршалл (июнь 1978 г.). «Ядерная медицина начинается с удава» (PDF) . История. Журнал ядерной медицины . 19 (6): 581–598. ISSN 0161-5505 . ПМИД 351151 .
^ Этимология онлайн
^ через стабильный изотоп ; наблюдательно стабильный ; первичные радионуклиды (радиоактивность части которых была обнаружена в течение последних двух десятилетий)

[1] Разрастания (1993)

[2] Брюсер, Маршалл (июнь 1978 г.). «Ядерная медицина начинается с удава» (PDF) . История. Журнал ядерной медицины . 19 (6): 581–598. ISSN 0161-5505 . ПМИД 351151 .

[3] Этимология онлайн

[4] через стабильный изотоп ; наблюдательно стабильный ; первичные радионуклиды (радиоактивность части которых была обнаружена в течение последних двух десятилетий)

[1]

[2]

[3]

[4]