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核異性体の定義と例

核異性体の定義

核異性体は、同じ質量数と原子番号を持つ原子ですが、原子核内の励起状態が異なります。より高い、またはより励起された状態は準安定状態と呼ばれ、安定した非励起状態は基底状態と呼ばれます。

仕組み

ほとんどの人は、電子がエネルギー準位を変化させ、励起状態で見つかることを認識しています。陽子または中性子 (核子) が励起されると、原子核内で類似のプロセスが発生します。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、励起状態の半減期が通常の励起状態の 100 ~ 1000 倍よりも長い場合、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 秒程度ですが、準安定状態の半減期は 10 秒以上です。一部の情報源は、ガンマ放出の半減期との混同を避けるために、準安定状態を 5 x 10 秒を超える半減期を持つと定義しています。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。

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は異性体転移と呼ばれることがあります 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、励起された原子状態 (電子) のほとんどは、蛍光を介して基底状態に戻ります。

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 27 Co、ハフニウム-178m2 または 72 Hf).

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。これは Pa-234m であり、Pa-234 に崩壊します。

最長寿命の準安定状態は 73 の状態です タ。タンタルのこの準安定状態は崩壊することが見られず、少なくとも 10 年 (宇宙の年齢よりも長く) 続くようです。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、核融合を使用して生成できます。それらは自然にも人工的にも発生します。

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 94 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。

核異性体の使用

核異性体は、医療処置、核電池、ガンマ線誘導放出の研究、およびガンマ線レーザーのガンマ線源として使用される場合があります。


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