Изобары — Википедия
Изоба́ры (в ед.ч. изоба́р; др.-греч. ἴσος [isos] «одинаковый» + βάρος [baros] «вес») — нуклиды разных элементов, имеющие одинаковое массовое число; например, изобарами являются 40Ar, 40K, 40Ca. Термин предложен в 1918 году британским химиком Альфредом Уолтером Стюартом[1].
В ядерной физике
[править | править код]Описание
[править | править код]Хотя массовое число (то есть число нуклонов) A = N + Z в ядрах-изобарах одинаково, числа протонов Z и нейтронов N различаются: , . Совокупность нуклидов с одинаковым A, но разным Z называют изобарической цепочкой. В то время как массовое число изобаров одинаково, их атомные массы совпадают лишь приближённо. Зависимость атомной массы (или избытка массы) от Z в изобарической цепочке показывает направление возможных бета-распадов. Эта зависимость в первом приближении представляет собой параболу (см. формула Вайцзеккера) — сечение долины стабильности плоскостью A = const.
Те виды радиоактивного распада, которые не изменяют массовое число (бета-распад, двойной бета-распад, изомерный переход), переводят одно ядро-изобар в другое. Поскольку распады такого рода происходят в направлении уменьшения избытка массы, последовательность таких распадов заканчивается на ядре, представляющем энергетический минимум в данной изобарической цепочке (бета-стабильное ядро). Для ядер с чётным массовым числом таких локальных минимумов на изобарической цепочке может быть от 1 до 3, поскольку чётно-чётные ядра (Z и N чётны) благодаря энергии спаривания имеют бо́льшую энергию связи, чем нечётно-нечётные ядра с тем же массовым числом. Локальные минимумы отличаются зарядом ядра на 2 единицы (), поэтому прямые бета-переходы между основными состояниями таких ядер невозможны (бета-распад изменяет заряд ядра на единицу). Переходы из локальных минимумов цепочки в глобальный возможны лишь благодаря двойным бета-процессам, которые являются процессами второго порядка по константе связи слабого взаимодействия и поэтому сильно подавлены: периоды полураспада превышают 1019 лет. Таким образом, для нечётных A существует один бета-стабильный изобар, для чётных A — от одного до трёх. Если альфа-распад (и другие виды распада, изменяющие массовое число) для бета-стабильного изотопа запрещён или сильно подавлен, то этот изотоп присутствует в природной смеси изотопов.
Для изобаров справедливо правило Щукарева — Маттауха, объясняющее, в частности, отсутствие стабильных изотопов у технеция[2].
Примордиальные изобарные пары и триады
[править | править код]Существуют 58 примордиальных изобарных пар и 9 примордиальных изобарных триад, которые в основном включают в себя стабильные изотопы элементов с чётными Z, отличающимися на 2 единицы, и ряд радиоактивных, но с огромными периодами полураспада, сопоставимыми со временем существования Вселенной. Если учитывать только стабильные нуклиды, то существуют 47 изобарных пар:
- Примордиальные изобарные пары
№ | Массовое число | Изобарная пара | № | Массовое число | Изобарная пара | № | Массовое число | Изобарная пара |
---|---|---|---|---|---|---|---|---|
1 | 36 | 21 | 104 | 41 | 152 | (α) | ||
2 | 46 | 22 | 106 | 42 | 154 | |||
3 | 48 | (2β−) | 23 | 108 | 43 | 156 | ||
4 | 54 | 24 | 110 | 44 | 158 | |||
5 | 58 | 25 | 112 | 45 | 160 | |||
6 | 64 | 26 | 113 | (β−) | 46 | 162 | ||
7 | 70 | 27 | 114 | 47 | 164 | |||
8 | 74 | 28 | 115 | (β−) | 48 | 168 | ||
9 | 76 | (2β−) | 29 | 116 | (2β−) | 49 | 170 | |
10 | 78 | (2ε) | 30 | 120 | 50 | 174 | (α) | |
11 | 80 | 31 | 122 | 51 | 184 | (α) | ||
12 | 82 | (2β−) | 32 | 123 | 52 | 186 | (α) | |
13 | 84 | 33 | 126 | 53 | 187 | (β−) | ||
14 | 86 | 34 | 128 | (2β−) | 54 | 190 | (α) | |
15 | 87 | (β−) | 35 | 132 | 55 | 192 | ||
16 | 92 | 36 | 134 | 56 | 196 | |||
17 | 94 | 37 | 142 | 57 | 198 | |||
18 | 98 | 38 | 144 | (α) | 58 | 204 | ||
19 | 100 | (2β−) | 39 | 148 | (α) | |||
20 | 102 | 40 | 150 | (2β−) |
- Примордиальные изобарные триады
№ | Массовое число | Изобарная триада |
---|---|---|
1 | 40 | (β+, β−, ε) |
2 | 50 | (β+, β−) |
3 | 96 | (2β−) |
4 | 124 | (2ε) |
5 | 130 | (2β−) (2ε) |
6 | 136 | (2β−) |
7 | 138 | (ε, β−) |
8 | 176 | (β−) |
9 | 180 | (изомер) (α) |
В масс-спектрометрии
[править | править код]В масс-спектрометрии изобарами называются как ядра с одинаковым массовым числом, так и молекулы с (приблизительно) одинаковой молекулярной массой. Так, молекулы 16O1H2H (полутяжёлой воды) являются молекулярными изобарами к атому 19F. Ионы таких молекул и атомов имеют почти одинаковое отношение масса/заряд (при равном заряде) и, следовательно, движутся в электромагнитных полях масс-спектрометра по почти одинаковой траектории, являясь источником фона для своих изобар.
См. также
[править | править код]Примечания
[править | править код]- ↑ Brucer M. Nuclear Medicine Begins with a Boa Constrictor (англ.) // Journal of Nuclear Medicine. — 1978. — Vol. 19. — P. 581—598. Архивировано 9 мая 2019 года.[ ]
- ↑ Изотопы // Энциклопедический словарь юного химика. 2-е изд. / Сост. В. А. Крицман, В. В. Станцо. — М.: Педагогика, 1990. — С. 89—91. — ISBN 5-7155-0292-6.
Литература
[править | править код]- Б. М. Яворский, А. А. Детлаф, А. К. Лебедев. Справочник по физике. — М.: «ОНИКС», «Мир и Образование», 2006. — 1056 с. — 7000 экз. — ISBN 5-488-00330-4.