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Definición de isómeros nucleares y ejemplos

Definición de isómeros nucleares y ejemplos

Definición de isómero nuclear

Los isómeros nucleares son átomos con el mismo número de masa y número atómico, pero con diferentes estados de excitación en el núcleo atómico. El estado superior o más excitado se denomina estado metaestable, mientras que el estado estable no excitado se denomina estado fundamental.

Cómo trabajan ellos

La mayoría de las personas son conscientes de que los electrones pueden cambiar los niveles de energía y encontrarse en estados excitados. Un proceso análogo ocurre en el núcleo atómico cuando los protones o neutrones (los nucleones) se excitan. El nucleón excitado ocupa un orbital nuclear de mayor energía. La mayoría de las veces, los nucleones excitados regresan inmediatamente al estado fundamental, pero si el estado excitado tiene una vida media más de 100 a 1000 veces mayor que la de los estados excitados normales, se considera un estado metaestable. En otras palabras, la vida media de un estado excitado suele ser del orden de 10-12 segundos, mientras que un estado metaestable tiene una vida media de 10-9 segundos o más. Algunas fuentes definen un estado metaestable como una vida media mayor de 5 x 10-9 segundos para evitar confusiones con la vida media de la emisión gamma. Si bien la mayoría de los estados metaestables decaen rápidamente, algunos duran minutos, horas, años o mucho más.

los razón La forma de los estados metaestables se debe a que se necesita un mayor cambio de espín nuclear para que puedan regresar al estado fundamental. El alto cambio de giro hace que las desintegraciones sean "transiciones prohibidas" y las retrasa. La vida media de descomposición también se ve afectada por la cantidad de energía de descomposición disponible.

La mayoría de los isómeros nucleares regresan al estado fundamental a través de la desintegración gamma. A veces, la desintegración gamma de un estado metaestable se denomina transición isomérica, pero es esencialmente lo mismo que la desintegración gamma normal de corta duración. En contraste, la mayoría de los estados atómicos excitados (electrones) regresan al estado fundamental mediante fluorescencia.

Otra forma en que los isómeros metaestables pueden descomponerse es mediante conversión interna. En la conversión interna, la energía que libera la desintegración acelera un electrón interno y hace que salga del átomo con considerable energía y velocidad. Existen otros modos de desintegración para isómeros nucleares altamente inestables.

Notación metaestable y de estado fundamental

El estado fundamental se indica usando el símbolo g (cuando se usa cualquier notación). Los estados excitados se denotan usando los símbolos m, n, o, etc. El primer estado metaestable se indica con la letra m. Si un isótopo específico tiene múltiples estados metaestables, los isómeros se designan m1, m2, m3, etc. La designación se enumera después del número de masa (por ejemplo, cobalto 58m o 58m27Co, hafnio-178m2 o 178m272Hf).

El símbolo sf se puede agregar para indicar isómeros capaces de fisión espontánea. Este símbolo se usa en la tabla de nucleidos de Karlsruhe.

Ejemplos de estado metaestable

Otto Hahn descubrió el primer isómero nuclear en 1921. Este fue Pa-234m, que se descompone en Pa-234.

El estado metaestable más longevo es el de 180m73 Ejército de reserva. No se ha visto que este estado metaestable del tantalio decaiga y parece durar al menos 1015 años (más larga que la edad del universo). Debido a que el estado metaestable dura tanto tiempo, el isómero nuclear es esencialmente estable. Tantalio-180m se encuentra en la naturaleza en una abundancia de aproximadamente 1 por 8300 átomos. Se cree que quizás el isómero nuclear se hizo en supernovas.

Cómo se hacen

Los isómeros nucleares metaestables se producen a través de reacciones nucleares y se pueden producir mediante fusión nuclear. Ocurren tanto natural como artificialmente.

Isómeros de fisión e isómeros de forma

Un tipo específico de isómero nuclear es el isómero de fisión o el isómero de forma. Los isómeros de fisión se indican usando una posdata o superíndice "f" en lugar de "m" (por ejemplo, plutonio-240f o 240f94Pu). El término "isómero de forma" se refiere a la forma del núcleo atómico. Mientras que el núcleo atómico tiende a representarse como una esfera, algunos núcleos, como los de la mayoría de los actínidos, son esferas proladas (en forma de balón de fútbol). Debido a los efectos de la mecánica cuántica, la desexcitación de los estados excitados al estado fundamental se ve obstaculizada, por lo que los estados excitados tienden a sufrir una fisión espontánea o, de lo contrario, vuelven al estado fundamental con una vida media de nanosegundos o microsegundos. Los protones y neutrones de un isómero de forma pueden estar incluso más lejos de una distribución esférica que los nucleones en el estado fundamental.

Usos de los isómeros nucleares

Los isómeros nucleares pueden usarse como fuentes gamma para procedimientos médicos, baterías nucleares, para la investigación de emisiones estimuladas por rayos gamma y para láseres de rayos gamma.