Atomisomerisme

Eksempel på isomerisme : tantal 179

Isomer	Spenningsenergi	Periode	Snurre rundt
179 Din	0,0 k eV	1,82 år	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	1.252,6 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	2,639,3 k eV	54,1 ms	37/2 +

Den kjernefysiske isomeren er det faktum at en enkelt atomkjerne kan eksistere i forskjellige energitilstander som hver er preget av en spinn og en spesifikk eksitasjonsenergi. Tilstanden som tilsvarer det laveste energinivået kalles grunntilstand : det er tilstanden der alle nuklider er naturlig funnet . Stater med høyere energi, hvis de eksisterer, kalles nukleare isomerer av den aktuelle isotopen ; de er generelt veldig ustabile og skyldes ofte radioaktivt forfall .

Nukleære isomerer bemerkes ved å legge til bokstaven "m" - for " metastabell " - til den betraktede isotopen : aluminium 26 , hvis grunnleggende nivå har 5+ spinn og er radioaktivt med en periode på 717.000 år, har en isomer, betegnet 26m Al , preget av en 0+ spinn, en eksitasjonsenergi på 6.345,2 k eV og en periode på 6,35 sekunder.

Hvis det er flere nivåer av eksitasjon for denne isotopen, blir hver av dem notert ved å følge bokstaven "m" med et serienummer, og dermed er isomerene av tantal 179 presentert i tabellen motsatt.

Atom isomer faller tilbake til sin grunntilstand ved å gjennomgå en isomer overgang , noe som resulterer i utslipp av energetiske fotoner , røntgenstråler eller gammastråler , svarende til eksitasjonsenergien.

Nukleære isomerer av spesiell interesse

Noen kjernefysiske isomerer er spesielt bemerkelsesverdige:

Den technetium-99m brukes i medisinen for sitt foton emisjon på 140 k eV svarende til y-stråler som vanligvis anvendes i radiologi .

Den 178m2 hafnium er både meget energisk og ganske stabil, med en periode på 31 år; ifølge noen forskere kan dens isomere overgang utløses av innfallende røntgenstråling, som vil bane vei for en lagringsmetode med veldig høy energitetthet, samt realisering av neste generasjons kompakte masseødeleggelsesvåpen .

Den tantal 180m1 har æren av å være stabil i minst 10 15 år, noe som er enda mer bemerkelsesverdig at grunntilstanden av isotopen 180 Ta er imidlertid meget ustabil: den 180m Ta er den eneste atom isomer til stede i det naturlige miljø ; mekanismen for dannelsen i supernovaer er også ganske gåtefull.

Den thorium 229m kan være kjent isomeren med det laveste eksitasjonsenergien, bare noen få elektronvolt : denne energien er så lav at det er vanskelig å måle, konsensus plassere estimatet til ± 7,6 0,5 eV . Dette tilsvarer fotoner i ultrafiolett , og hvis det var mulig å opphisse isotopen 229 Th med en ultrafiolett laser med tilstrekkelig bølgelengde, ville det muliggjøre realisering av batterier med høy energitetthet, til og med nøyaktige atomklokker .

Den americium-242 er, som tantal 180m1, mer stabil enn sin grunntilstand; den kritiske massen på noen få kilo ville gjøre det til et mulig kjernefysisk drivstoff for romfremdrivingsapplikasjoner av splittelser .

Fisjon isomerer

I tillegg til den kjernefysiske isomerismen som skyldes en eksitasjonsenergi som endrer fordelingen av nukleoner på kjernelagene, er det en formisomerisme, kjent som " fisjon ", definert av en spesiell konformasjon av de store atomkjernene som avviker betydelig. En sfærisk geometri : de adopterer en avblåst eller formet sfæroid form avhengig av tilfelle, med forhold mellom diameter og symmetriakse som kan overstige 1: 2.

I motsetning til eksiterte isomerer, kan fisjonsisomerer resorberes på annen måte enn gjennom γ-stråling : overdreven deformasjon av kjernen kan faktisk føre til fisjon .

Disse splittelsesisomerer er betegnet med bokstaven "f" i stedet for "m", slik som 242f Am- isomeren , forskjellig fra 242m Am- isomeren .

Merknader og referanser

(in) BR Beck et al., " Energy splitting in the ground state doublet in the nucleus 229 Th " , Physical Review Letters , vol. 98, 6. april 2007, s. 142501 ( DOI 10.1103 / PhysRevLett.98.142501 , les online )