ИЗОМЕРИ́Я А́ТОМНЫХ Я́ДЕР

ИЗОМЕРИ́Я А́ТОМНЫХ Я́ДЕР, су­ще­ст­вова­ние у не­ко­то­рых атом­ных ядер на­ря­ду с ос­нов­ным со­стоя­ни­ем дол­го­жи­ву­щих (ме­та­ста­биль­ных) воз­бу­ж­дён­ных со­стоя­ний, на­зы­вае­мых изо­мер­ны­ми. Ис­то­ри­че­ски к изо­мер­ным от­но­сят со­стоя­ния с вре­ме­на­ми жиз­ни, ко­то­рые мо­гут быть из­ме­ре­ны не­по­сред­ст­вен­но (бо­лее 0,01 мкс). Яв­ле­ние изо­ме­рии воз­ни­ка­ет из-за рез­ко­го раз­ли­чия струк­ту­ры со­сед­них со­стоя­ний (воз­буж­дён­но­го и ос­нов­но­го), что при­во­дит к зна­чит. умень­ше­нию ве­ро­ят­но­сти рас­па­да воз­буж­дён­но­го со­стоя­ния (ино­гда на мно­го по­ряд­ков).

Пер­вое ука­за­ние на су­ще­ст­во­ва­ние ядер­ных изо­ме­ров бы­ло по­лу­че­но в 1921 О. Га­ном, об­на­ру­жив­шим сре­ди про­дук­тов рас­па­да ура­на ра­дио­ак­тив­ное ве­ще­ст­во, ко­то­рое при од­ном и том же атом­ном но­ме­ре $Z$ и мас­со­вом чис­ле $A$ име­ло два со­вер­шен­но раз­ных пу­ти ра­дио­ак­тив­но­го рас­па­да. Од­на­ко да­той от­кры­тия И. а. я. счи­та­ет­ся 1935, ко­гда груп­пой сов. учё­ных под рук. И. В. Кур­ча­то­ва бы­ло об­на­ру­же­но при об­лу­че­нии бро­ма мед­лен­ны­ми ней­тро­на­ми об­ра­зо­ва­ние трёх ра­дио­ак­тив­ных изо­то­пов с разл. пе­рио­да­ми по­лу­рас­па­да.

Впо­след­ст­вии вы­яс­ни­лось, что это яв­ле­ние дос­та­точ­но ши­ро­ко рас­про­стра­не­но, из­вест­но уже неск. со­тен изо­мер­ных со­стоя­ний, при­чём у не­ко­то­рых ядер мо­жет быть по неск. та­ких со­стоя­ний. Напр., у яд­ра гаф­ния с $A = 175$ об­на­ру­же­но 5 со­стоя­ний с вре­ме­на­ми жиз­ни бо­лее 0,1 мкс.

Не­пре­мен­ным ус­ло­ви­ем су­ще­ст­во­ва­ния изо­мер­но­го со­стоя­ния яд­ра яв­ля­ет­ся на­ли­чие к.-л. за­пре­та для ра­диа­ци­он­ных пе­ре­хо­дов из изо­мер­но­го в со­стоя­ния с бо­лее низ­кой энер­ги­ей. Из­вес­тен це­лый ряд осо­бен­но­стей ядер­ной струк­ту­ры, вы­зы­ваю­щих та­кой за­прет: раз­ли­чие уг­ло­вых мо­мен­тов (спи­нов) изо­мер­но­го и ос­нов­но­го со­стоя­ний, при­во­дя­щее к ра­диа­ци­он­ным пе­ре­хо­дам вы­со­кой муль­ти­поль­но­сти, раз­ная ори­ен­та­ция спи­нов от­но­си­тель­но вы­де­лен­ной оси в яд­ре, разл. фор­ма ядер в обо­их со­стоя­ни­ях.

Рас­пад изо­мер­ных со­стоя­ний обыч­но со­про­во­ж­да­ет­ся ис­пус­ка­ни­ем элек­тро­нов или $γ$-кван­тов, в ре­зуль­та­те об­ра­зу­ет­ся то же яд­ро, но в со­стоя­нии с мень­шей энер­ги­ей. Ино­гда бо­лее ве­роя­тен бе­та-рас­пад. Изо­ме­ры тя­жё­лых эле­мен­тов мо­гут рас­па­дать­ся пу­тём са­мо­про­из­воль­но­го де­ле­ния. Изо­мер­ные со­стоя­ния ядер с вы­со­кой сте­пе­нью ве­ро­ят­но­сти спон­тан­но­го де­ле­ния на­зы­ва­ют де­ля­щи­ми­ся изо­ме­ра­ми. Из­вест­но ок. 30 ядер (изо­то­пы $\ce{U, Pu, Am, Cm, Bk}$), для ко­то­рых ве­ро­ят­ность спон­тан­но­го де­ле­ния в изо­мер­ном со­стоя­нии боль­ше, чем в ос­нов­ном, при­мер­но в $10^{26}$ раз.

И. а. я. яв­ля­ет­ся важ­ным ис­точ­ни­ком све­де­ний о струк­ту­ре атом­ных ядер; изу­че­ние изо­ме­ров по­мог­ло ус­та­но­вить по­ря­док за­пол­не­ния ядер­ных обо­ло­чек. По вре­ме­нам жиз­ни изо­ме­ров су­дят о ве­ли­чи­нах за­пре­тов для ра­диа­ци­он­ных пе­ре­хо­дов и их свя­зи с ядер­ной струк­ту­рой.

Ядер­ные изо­ме­ры на­хо­дят и прак­тич. при­ме­не­ние. Напр., в ак­ти­ва­ци­он­ном ана­ли­зе их об­ра­зо­ва­ние в ря­де слу­ча­ев по­зво­ля­ет дос­тиг­нуть боль­шей чув­ст­ви­тель­но­сти ме­то­да. Дол­го­жи­ву­щие ядер­ные изо­ме­ры рас­смат­ри­ва­ют­ся как воз­мож­ные в бу­ду­щем ак­ку­му­ля­то­ры энер­гии.