Izomeria nucleară

Exemplu de izomerism  : tantal 179

Izomer	Energie de excitație	Perioadă	A învârti
179 Dumneavoastră	0,0 k eV	1,82 ani	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 +

Izomerul nuclear este faptul că un singur nucleu atomic poate exista în diferite energie prevede fiecare caracterizat printr - o rotire și o energie specifică de excitație. Starea corespunzătoare celui mai scăzut nivel de energie se numește starea fundamentală  : este starea în care se găsesc în mod natural toți nuclizii . Stările de energie superioară, dacă există, sunt numite izomeri nucleari ai izotopului luat în considerare; sunt, în general, foarte instabile și de cele mai multe ori rezultă din dezintegrarea radioactivă .

Izomerii nucleari sunt remarcați prin adăugarea literei „m” - pentru „  metastabil  ” - la izotopul considerat: astfel aluminiu 26 , al cărui nivel fundamental are un spin de  5+ și este radioactiv cu o perioadă de 717.000 de ani, are un izomer, notat 26m Al , caracterizat printr-o rotire 0+, o energie de excitație de 6.345,2  k eV și o perioadă de 6.35 secunde.

Dacă există mai multe niveluri de excitație pentru acest izotop, fiecare dintre ele este notat urmând litera „m” printr-un număr de serie, astfel izomerii tantalului 179 prezentați în tabelul de alături.

Un izomer nuclear cade înapoi la starea sa de bază prin trecerea unei tranziții izomerice , care are ca rezultat emisia de fotoni energetici, raze X sau raze γ , corespunzătoare energiei de excitație.

Izomeri nucleari de interes deosebit

Unii izomeri nucleari sunt deosebit de remarcabili:

• Technețiu-99m este folosit in medicina pentru emisia lui foton de 140 k eV corespunzătoare y raze folosite de obicei în radiologie .

• 178m2 hafniu este atât foarte energic și destul de stabil, cu o perioadă de 31 de ani; potrivit unor oameni de știință, tranziția sa izomerică ar putea fi declanșată de radiația X incidentă, care ar deschide calea către o metodă de stocare cu densitate de energie foarte mare, precum și realizarea armelor compacte de distrugere în masă de generația următoare.

• Tantal 180m1 are distincția de a fi stabilă timp de cel puțin 10 la 15  ani, ceea ce este cu atât mai remarcabil faptul că starea fundamentală a izotopului 180 Ta este, totuși, foarte instabil: a 180m Ta este singura nucleară izomerul prezent în mediul natural ; mecanismul formării sale în supernove este de asemenea destul de enigmatic.

• 229m toriu poate fi cunoscut izomerul cu cea mai mică energie de excitație, doar câteva electron - volți  : această energie este atât de scăzut încât este dificil să se măsoare, consensul situând estimare la ± 7,6 0,5  eV . Acest lucru corespunde fotonilor din ultraviolet și, dacă ar fi posibil să se excite izotopul 229 Th cu un laser ultraviolet cu lungime de undă adecvată, ar face posibilă realizarea bateriilor cu densitate mare de energie, chiar și cu precizie a ceasurilor nucleare .

• Americiu-242 este, tantal 180m1, mai stabil decât starea solului; masa sa critică de câteva kilograme ar face din acesta un posibil combustibil nuclear pentru aplicații de propulsie spațială prin fragmente de fisiune .

Izomeri de fisiune

În plus față de izomerismul nuclear rezultat dintr-o energie de excitație care modifică distribuția nucleonilor pe straturile nucleare, există o izomerie de formă, cunoscută sub numele de „  fisiune  ”, definită printr-o anumită conformație a nucleilor atomici mari care deviază semnificativ. geometrie: adoptă o formă sferoidă oblată sau prolată în funcție de caz, cu raporturi între diametru și axă de simetrie care pot depăși 1: 2.

Spre deosebire de izomerii excitați, izomerii de fisiune pot fi reabsorbiți altfel decât prin radiația γ  : deformarea excesivă a nucleului poate duce într-adevăr la fisiunea acestuia .

Acești izomeri de fisiune sunt notați cu litera „f” mai degrabă decât cu „m”, cum ar fi izomerul 242f Am, distinct de izomerul 242m Am .

Note și referințe

1. (în) BR Beck și colab., "  Divizarea energiei în starea de fundal dublet în nucleul 229 Th  " , Physical Review Letters , vol.  98, 6 aprilie 2007, p.  142501 ( DOI  10.1103 / PhysRevLett.98.142501 , citiți online )