Ein Kernisomer ist ein metastable Staat eines Atomkerns, der durch die Erregung ein oder mehr von seinen Nukleonen (Protone oder Neutronen) verursacht ist. "Metastable" bezieht sich auf die Tatsache, dass diese aufgeregten Staaten Halbwertzeiten mehr als 100 bis 1000 Male die Halbwertzeiten der anderen möglichen aufgeregten Kernstaaten haben (die normalerweise auf der Ordnung von 10 Sekunden dauern). Infolgedessen wird der Begriff "metastable" gewöhnlich eingeschränkt, um sich auf isomers mit Halbwertzeiten von 10 Sekunden oder länger zu beziehen.

Gelegentlich sind die Halbwertzeiten viel länger als das, und können letzte Minuten, Stunden, oder (in einem bekanntem Fall) mindestens 10 Jahre. Manchmal wird dem Gammazerfall von einem Metastable-Staat der spezielle Name eines isomeren Übergangs gegeben, aber bis auf die langlebige Natur des meta-stabilen Elternteilkernisomer ähnelt dieser Prozess kürzer gelebtem Gammazerfall in allen anderen Aspekten.

Die ersten Kernisomers (Uran Z/Uranium X, jetzt bekannt als/) wurden von Otto Hahn 1921 entdeckt.

Kern

Der Kern eines Kernisomer besetzt einen höheren Energiestaat als der entsprechende nichtaufgeregte Kern, der im niedrigsten Energiestaat, genannt den Boden-Staat besteht. In einem aufgeregten Staat, ein oder mehr von den Protonen oder Neutronen in einem Kern besetzen eine Kernaugenhöhlen-von der höheren Energie als eine verfügbare Kernaugenhöhlen-von der niedrigeren Energie. Diese Staaten sind aufgeregten Staaten von Elektronen in Atomen analog.

Aufgeregte Atomstaaten verfallen durch die Fluoreszenz, die gewöhnlich Emission des Lichtes in der Nähe von der sichtbaren Reihe einschließt. Jedoch, wegen der viel höheren an Kernprozessen beteiligten Bindungsenergien, verfallen die meisten aufgeregten Kernstaaten stattdessen durch die Gammastrahl-Emission. Zum Beispiel ist ein wohl bekannter im medizinischen Verfahren verwendeter Kernisomer Technetium-99m, das mit einer Halbwertzeit von ungefähr 6 Stunden, durch das Ausstrahlen eines Gammastrahls von 140 Kiloelectron-Volt der Energie verfällt (das ist der Energie von medizinischen diagnostischen Röntgenstrahlen nah).

Innere Konvertierung

Metastable isomers kann auch durch die innere Konvertierung — ein Prozess verfallen, in dem die Energie der Kernde-Erregung als ein Gammastrahl nicht ausgestrahlt, aber stattdessen verwendet wird, um eines der inneren Elektronen des Atoms zu beschleunigen, so dass es mit der hohen Geschwindigkeit und Energie abreist. Dieser Prozess ist nur möglich, weil innere Atomelektronen in den Kern eindringen, wo sie den intensiven elektrischen Feldern unterworfen sind, die resultieren, wenn die Protone des Kerns auf eine verschiedene Weise umordnen. In Kernen, die von der Stabilität in der Energie dennoch weit sind, sind andere Zerfall-Weisen bekannt.

Metastable isomers

Metastable isomers kann durch die Kernfusion oder anderen Kernreaktionen erzeugt werden. Ein Kern so erzeugt fängt allgemein seine Existenz in einem aufgeregten Staat an, der sich durch die Emission von einer oder mehr Gammastrahlung oder Umwandlungselektronen entspannt. Jedoch manchmal geschieht es, dass die De-Erregung schnell den ganzen Weg zum Kernboden-Staat nicht weitergeht. Das kommt gewöhnlich wegen der Bildung eines Zwischengliedes aufgeregter Staat mit einer von diesem des Boden-Staates weit verschiedenen Drehung vor. Gammastrahl-Emission ist viel langsamer (wird "gehindert"), wenn die Drehung des Postemissionsstaates von diesem des Ausstrahlen-Staates besonders sehr verschieden ist, wenn die Erregungsenergie niedrig ist. Der aufgeregte Staat in dieser Situation ist deshalb ein guter Kandidat, um metastable zu sein, wenn es keine anderen Staaten der Zwischendrehung mit Erregungsenergien weniger gibt als dieser des Metastable-Staates.

Metastable isomers eines besonderen Isotops werden gewöhnlich mit einem "m" (oder, im Fall von Isotopen mit mehr als einem isomer, m2, m3, und so weiter) benannt. Diese Benennung wird nach der Massenzahl des Atoms gelegt; zum Beispiel, Kobalt-58m (abgekürzt, wo 27 die Atomnummer von Kobalt ist). Indizes vergrößernd, entspricht M, m2 usw. zunehmenden Niveaus der Erregungsenergie, die in jedem der isomeren Staaten (z.B, Hafnium-177m2 oder) versorgt ist.

Eine verschiedene Art des metastable Kernstaates (isomer) ist die Spaltung isomer oder Gestalt isomer. Die meisten actinoid Kerne, in ihren Boden-Staaten, sind nicht kugelförmig, aber — spezifisch pro-spät mit einer Achse der Symmetrie ziemlich sphäroidisch, die länger ist als die anderen Äxte (ähnlich einem American Football oder Rugby-Ball, obwohl mit einer weniger ausgesprochenen Abfahrt von der kugelförmigen Symmetrie). In einigen von diesen können mit dem Quant mechanische Staaten bestehen, in dem der Vertrieb von Protonen und Neutronen noch vom kugelförmigen (tatsächlich, fast so nichtkugelförmig weiter ist wie ein American Football) so viel so dass die De-Erregung zum Kernboden-Staat stark gehindert wird. Im Allgemeinen erleben diese Staaten irgendein de-excite zum Boden-Staat (obgleich viel langsamer als ein "üblicher" aufgeregter Staat) oder spontane Spaltung mit Halbwertzeiten der Ordnung von Nanosekunden oder Mikrosekunden — eine sehr kurze Zeit, aber viele Größenordnungen, die länger sind als die Halbwertzeit eines üblicheren aufgeregten Kernstaates. Spaltung isomers wird gewöhnlich mit einer Nachschrift oder Exponenten "f" aber nicht "m" angezeigt, so dass eine Spaltung isomer in, z.B, Plutonium 240 angezeigtes Plutonium-240f ist oder.

Fast stabiler isomers

Die meisten aufgeregten Kernstaaten sind sehr nicht stabil, und strahlen weg die Extraenergie sofort (auf der Ordnung von 10 Sekunden) aus. Infolgedessen wird der Begriff gewöhnlich eingeschränkt, um sich auf isomers mit Halbwertzeiten von 10 Sekunden oder länger zu beziehen. Quant-Mechanik sagt voraus, dass bestimmte Atomarten isomers mit ungewöhnlich langen Lebenszeiten sogar nach diesem strengeren Standard besitzen, und so interessante Eigenschaften haben werden. Definitionsgemäß gibt es kein solches Ding wie ein "stabiler" isomer; jedoch sind einige so langlebig, um fast stabil zu sein, und können erzeugt und in der Menge beobachtet werden.

Der stabilste Kernisomer, der in der Natur vorkommt, ist, der in allen Tantal-Proben an ungefähr 1 Teil in 8,300 da ist. Seine Halbwertzeit ist mindestens 10 Jahre, die deutlich länger sind als das Alter des Weltalls. Diese bemerkenswerte Fortsetzung ergibt sich aus der Tatsache, dass die Erregungsenergie des isomeren Staates, und beide Gammade-Erregung zum Boden-Staat niedrig ist (der selbst durch den Beta-Zerfall, mit einer Halbwertzeit von nur 8 Stunden radioaktiv ist), und auch der direkte Beta-Zerfall zum Hafnium oder Wolfram alles infolge Drehungsfehlanpassungen unterdrückt wird. Der Ursprung dieses isomer ist mysteriös, obwohl, wie man glaubt, es in supernovae gebildet worden ist (wie die meisten anderen schweren Elemente sind). Wenn es sich zu seinem Boden-Staat entspannt, veröffentlicht es ein Foton mit einer Energie von 75 keV.

Es wurde zuerst 1988 von Collins berichtet, der gezwungen werden kann, seine Energie durch schwächere Röntgenstrahlen zu veröffentlichen. Nach 11 Jahren der Meinungsverschiedenheit wurden jene Ansprüche 1999 von Belic und Mitarbeitern in Stuttgart Kernphysik-Gruppe bestätigt.

Ein anderer vernünftig stabiler Kernisomer (mit einer Halbwertzeit von 31 Jahren) ist, der die höchste Erregungsenergie jedes vergleichbar langlebigen isomer hat. Das ein Gramm von reinen enthält etwa 1.33 gigajoules der Energie, die Entsprechung vom Explodieren über TNT. Weiter, im natürlichen Zerfall, wird die Energie als Gammastrahlung mit einer Gesamtenergie von 2.45 MeV veröffentlicht. Als damit, dort werden Berichte diskutiert, die in die Ausgabe seiner Energie stimuliert werden können, und infolgedessen die Substanz als eine mögliche Quelle für Gammastrahl-Laser studiert wird. Diese Berichte zeigen auch an, dass die Energie sehr schnell veröffentlicht wird, so dass äußerst hohe Mächte (auf der Ordnung von exawatts) erzeugen kann. Andere isomers sind auch untersucht worden, weil mögliche Medien für den Gammastrahl Emission stimuliert haben.

Holmium hat einen interessanten Kernisomer mit einer Halbwertzeit von 1,200 Jahren, die fast die längste Halbwertzeit jedes Holmium-Radionuklids ist (nur, mit einer Halbwertzeit von 4,570 Jahren ist länger).

hat einen bemerkenswert tief liegenden metastable isomer, nur 7.6 ± 0.5 Elektronvolt über dem Boden-Staat, wie berechnet, von spektroskopischen Maßen. Dieser direkte Zerfall ist jedoch nicht beobachtet worden. Wenn dieser isomer verfallen sollte, würde er einen Gammastrahl (definiert durch seinen Ursprung, nicht seine Wellenlänge) in der ultravioletten Reihe erzeugen. Wie man dachte, war diese "ultraviolette Gammastrahlung" auf einmal entdeckt worden, aber, wie man seitdem gefunden hat, ist diese Beobachtung von durch höhere Energieemissionen aufgeregtem Stickstoff-Benzin gewesen.

Anwendungen

Hafnium und Tantal isomers sind in einigen Vierteln als Waffen betrachtet worden, die verwendet werden konnten, um den Kernatomwaffensperrvertrag zu überlisten, da sie veranlasst werden können, sehr starke Gammastrahlung auszustrahlen. DARPA hat (oder hatte) ein Programm, um diesen Gebrauch von beiden Kernisomers zu untersuchen. Das Potenzial, um eine plötzliche Ausgabe der Energie von Kernisotopen, einer Vorbedingung zu ihrem Gebrauch in solchen Waffen auszulösen, wird diskutiert. Dennoch wurde 12-Mitglieder-Hafnium Isomer Production Panel (HIPP) geschaffen, um Mittel der Masse zu bewerten, die das Isotop erzeugt.

Technetium isomers (mit einer Halbwertzeit von 6.01 Stunden) und (mit einer Halbwertzeit von 61 Tagen) wird in medizinischen und industriellen Anwendungen verwendet.

Kernbatterien

Kernbatterien in der Entwicklung verwenden kleine Beträge (Milligramme und Mikrocurie) von Radioisotopen mit hohen Energiedichten. In einem Design sitzt radioaktives Material oben auf einem Gerät mit angrenzenden Schichten des P-Typs und N-leitenden Silikons, so dass ionisierende Strahlung direkt in den Verbindungspunkt eindringt und Elektronloch-Paare schafft. Kernisomers konnte andere Isotope ersetzen, und mit der weiteren Entwicklung kann es möglich sein, sie und von, wie erforderlich, einzuschalten. Aktuelle Kandidaten für solchen Gebrauch schließen Ag, Ho, Lu und Am ein. Bezüglich 2004 war der einzige isomer, der erfolgreich ausgelöst worden war, Ta, der mehr Foton-Energie verlangt hat auszulösen, als es veröffentlicht wurde.

Die Spaltung eines Isotops wie Lu veröffentlicht Gammastrahlung durch den Zerfall durch eine Reihe von inneren Energieniveaus innerhalb des Kerns, und es wird gedacht, dass durch das Lernen des Auslösens Abteilungen mit der genügend Genauigkeit durchqueren, kann es möglich sein, Energieläden zu schaffen, die 10mal konzentrierter sind als hochexplosiver Sprengstoff oder andere traditionelle chemische Energielagerung.

Zerfall-Prozesse

Isomers verfallen, um Energiestaaten des nuclide durch zwei isomere Übergänge zu senken:

1. γ (Gamma) Emission (Emission eines energiereichen Fotons)
2. innere Konvertierung (wird die Energie verwendet, um das Atom zu ionisieren)

Isomers kann auch in andere Elemente verfallen, obwohl sich die Rate des Zerfalls zwischen isomers unterscheiden kann. Zum Beispiel, Beta-Zerfall von Lu zu Hf mit der Halbwertzeit 160.4 d, oder kann inneren Übergang zu Lu mit der Halbwertzeit 160.4 d, dann Beta-Zerfall zu Hf mit der Halbwertzeit 6.68 d erleben.

Siehe auch

• Veranlasste Gammaemission
• Isomere Verschiebung

Außenverbindungen

• Forschungsgruppe, die anfängliche Ansprüche des Hafniums isomer Kernde-Erregungskontrolle präsentiert hat. - Das Zentrum für Quantum Electronics, Die Universität Texas an Dallas.
• Der Bericht von JASON Defense Advisory Group über die hohe Energie Kernmaterialien in der Geschichte von Washington Post über erwähnt
• Anmeldung erforderlich?
• Vertrauen für das Hafnium Isomer, der 2006 Auslöst. - Das Zentrum für Quantum Electronics, Die Universität Texas an Dallas.
• Nachdrücke von Artikeln über Kernisomers im Gleichen haben Zeitschriften nachgeprüft. - Das Zentrum für Quantum Electronics, Die Universität Texas an Dallas.