قطران چوب
بهمن ۱۴, ۱۴۰۳
شبیه سازی شیمیایی سحابی ها
بهمن ۲۸, ۱۴۰۳
ایزومرهای هسته ای اتم هایی با تعداد پروتون (عدد اتمی) و نوترون (عدد نوترون) یکسان، اما حالت های انرژی متفاوت هستند. به عبارت ساده تر، آنها همان نوع اتم هستند (عنصر یکسان و عدد جرمی یکسان)، اما در سطوح انرژی متفاوتی در هسته وجود دارند. حالت پرانرژی را ایزومر هسته ای یا حالت نیمه پایدار(Metastable State) می نامند.
در اینجا جزییات بیشتری درباره ایزومرهای هسته ای می آموزیم:
• ایزومرها: اصطلاح «ایزومر» به طور کلی به مولکول‌ها یا اتم‌هایی اطلاق می‌شود که فرمول شیمیایی یکسان (یا در این مورد ترکیب اتمی یکسان) اما آرایش یا حالت‌های ساختاری متفاوتی دارند.
• ایزومرهای هسته ای: به طور خاص، ایزومرهای هسته ای به هسته های اتمی اطلاق می شود که تعداد پروتون و نوترون یکسان دارند اما از نظر حالت انرژی متفاوت هستند.
حالت نیمه پایدار(Metastable State): حالت نیمه پایدار حالت برانگیخته هسته ای است که طول عمر قابل ملاحظه و قابل اندازه گیری و به نسبت بالایی دارد (بیشتر از حالت برانگیخته هسته ای معمولی). حالت های برانگیخته معمولی خیلی سریع (حدود پیکو ثانیه یا کمتر) فرو می پاشند. اما، یک حالت نیمه پایدار می تواند برای چند ثانیه، دقیقه، ساعت، روز یا حتی سال ها باقی بماند.
• واپاشی: ایزومرهای هسته ای در نهایت از طریق فرآیندی به نام انتقال ایزومر به حالت پایه خود (پایین ترین و پایدارترین حالت انرژی) واپاشی می کنند. این فروپاشی معمولاً شامل گسیل پرتوهای گاما (فوتن های پرانرژی) یا از طریق تبدیل داخلی (جایی که انرژی به یک الکترون منتقل می شود و باعث پرتاب آن از اتم می شود) است.
چرا ایزومرهای هسته ای وجود دارند؟
دلایل وجود ایزومرهای هسته ای به ساختار هسته و آرایش نوکلئون ها (پروتون ها و نوترون ها) درون آن مربوط می شود. به طور مشخص:
• تفاوت های اسپین زیاد: انتقال ایزومر ممکن است ممنوع شود یا به طور قابل توجهی کند شود اگر تفاوت زیادی در تکانه زاویه ای (اسپین) بین حالت ایزومر و حالت پایه وجود داشته باشد. این به این دلیل است که واپاشی گاما، که حالت واپاشی معمولی است، زمانی که تغییر زیادی در چرخش وجود دارد، کمتر اتفاق می‌افتد.
• از نظر انرژی: اگر اختلاف انرژی بین حالت ایزومر و حالت پایه کم باشد، انتشار گاما انرژی پایینی خواهد داشت و فرآیند فروپاشی کندتر خواهد بود.
نمونه هایی از ایزومرهای هسته ای:
• تکنسیوم-99ام (Tc-99m): این شاید معروف ترین نمونه باشد. این ایزومر نیمه پایدار تکنسیوم-99 است. با انتشار گاما تجزیه می شود و به دلیل نیمه عمر نسبتاً کوتاه (حدود 6 ساعت) و پرتوهای گامای کم انرژی که قرار گرفتن در معرض پرتو را برای بیماران به حداقل می رساند، به طور گسترده در تصویربرداری پزشکی استفاده می شود.
• هافنیوم-178 ام دو(Hf-178m2): این ایزومر به دلیل انرژی تحریک غیرعادی بالا و نیمه عمر طولانی (31 سال) قابل توجه است. برای استفاده بالقوه در ذخیره سازی با چگالی انرژی بالا مورد بررسی قرار گرفته است.
اهمیت ایزومرهای هسته ای:
• تحقیقات فیزیک هسته ای: مطالعه ایزومرهای هسته ای دیدگاه های ارزشمندی در مورد ساختار و خواص هسته و همچنین نیروهای حاکم بر آن ارائه می دهد.
• کاربردهای پزشکی: همانطور که در بالا ذکر شد، Tc-99m یک رادیوایزوتوپ پزشکی پرکاربرد برای تصویربرداری تشخیصی است.
• کاربردهای تکنولوژیکی بالقوه: ایزومرهای با عمر طولانی و پرانرژی مانند Hf-178m2 کاربردهای بالقوه ای در ذخیره انرژی، لیزرهای پرتو گاما و حتی به عنوان محرکی برای سلاح های هسته ای دارند (اگرچه این کاربرد بسیار بحث برانگیز است و بعید به نظر می رسد عملی باشد).
به طور خلاصه، ایزومرهای هسته ای حالت های برانگیخته هسته اتمی هستند که طول عمر قابل اندازه گیری بالایی دارند. آنها همان عنصر و عدد جرمی حالت پایه خود هستند، اما دارای انرژی اضافی و واپاشی از طریق انتقال ایزومری هستند که معمولاً شامل گسیل پرتوهای گاما می شود. ایزومرهای هسته ای در تحقیقات فیزیک هسته ای، تصویربرداری پزشکی مهم هستند و کاربردهای بالقوه فناوری دارند.
لیست ایزومر های هسته ای:
فهرست کردن همه ایزوتوپ های نیمه پایدار غیرعملی است زیرا صدها ایزوتوپ شناخته شده است و هر از گاهی ایزوتوپ های جدید کشف می شوند. با این حال، من می‌توانم فهرست قابل توجهی از ایزوتوپ‌های شناخته شده و/یا مهم نیمه پایدار (که ایزومرهای هسته‌ای نیز نامیده می‌شوند) همراه با نیمه عمر آنها به شما ارائه دهم.
نکته مهم: “m” بعد از عدد جرمی یک حالت غیر پایدار را نشان می دهد (به عنوان مثال، کبالت-58 ام). اگر حالت‌های متعدی متعددی وجود داشته باشد، اغلب به ترتیب افزایش انرژی با «m1»، «m2» و غیره نشان داده می‌شوند.
Element (Isotope) – Half-life
• Actinium (Ac):
• Actinium-211m – 48 μs
• Aluminum (Al):
• Aluminum-26m – 6.35 s
• Americium (Am):
• Americium-242m – 141 a
• Argon (Ar):
• Argon-35m – 1.76 s
• Argon-39m – 265 ns
• Barium (Ba):
* Barium-135m 26.6 s
• Bismuth (Bi):
• Bismuth-212m – 25 min
• Cadmium (Cd):
• Cadmium-111m – 48.5 min
• Cerium (Ce):
• Cerium-141m – 1.42 µs
• Cobalt (Co):
• Cobalt-58m – 9.04 h
• Cobalt-60m – 10.467 min
• Copper (Cu):
• Copper-68m – 3.75 min
• Europium (Eu):
• Europium-150m – 12.8 h
• Europium-152m – 9.3116 h
• Gallium (Ga):
• Gallium-67m – 9.04 ms
• Gallium-68m – 32.2 s
• Germanium (Ge):
• Germanium-69m – 4.3 ns
• Gold (Au):
• Gold-197m – 7.73 s
• Hafnium (Hf):
• Hafnium-178m2 – 31 a (very important isomer)
• Indium (In):
• Indium-111m – 4.486 h
• Indium-115m – 4.486 h
• Iridium (Ir):
• Iridium-192m2 – 1.4 min
• Iron (Fe):
• Iron-57m – 0.1 ns
• Krypton (Kr):
• Krypton-83m – 1.83 h
• Lead (Pb):
* Lead-204m – 67.2 min
• Lutetium (Lu):
• Lutetium-177m – 160.4 d
• Mercury (Hg):
• Mercury-197m – 23.8 h
• Molybdenum (Mo):
• Molybdenum-99m – 0.76 μs
• Neptunium (Np):
• Neptunium-236m – 22.5 h
• Niobium (Nb):
• Niobium-90m – 60 ns
• Osmium (Os):
• Osmium-192m – 5.9 min
• Palladium (Pd):
* Palladium-103m – 1.7 min
• Platinum (Pt):
• Platinum-195m – 4.02 d
• Polonium (Po):
• Polonium-210m – 130 ns
• Potassium (K):
* Potassium-42m – 1.1 ms
• Rhenium (Re):
* Rhenium-186m – 2.0 × 10^5 a
• Rubidium (Rb):
• Rubidium-85m – 1 μs
• Ruthenium (Ru):
* Ruthenium-103m – 1.74 ms
• Scandium (Sc):
• Scandium-44m – 58.6 h
• Selenium (Se):
• Selenium-77m – 17.36 s
• Silver (Ag):
• Silver-108m – 438 y
• Silver-110m – 249.79 d
• Strontium (Sr):
• Strontium-85m – 67.63 min
• Tantalum (Ta):
* Tantalum-180m – >1.2×10^15 a (naturally occurring)
• Technetium (Tc):
• Technetium-99m – 6.0058 h (very important isomer, used in medicine)
• Tellurium (Te):
• Tellurium-121m – 164.2 d
• Tellurium-123m – 119.7 d
• Thorium (Th):
• Thorium-229m – 7.98(5) min
• Tin (Sn):
• Tin-113m – 21 min
• Titanium (Ti):
* Titanium-51m – 54 ms
• Tungsten (W):
• Tungsten-184m – 1.60 ms
• Uranium (U):
• Uranium-235m – 26 min
• Vanadium (V):
• Vanadium-48m – >300 ns
• Xenon (Xe):
• Xenon-131m – 11.84 d
• Xenon-133m – 2.19 d
• Yttrium (Y):
• Yttrium-90m – 3.19 h
• Zinc (Zn):
• Zinc-69m – 13.76 h
نکات مهم:
• تغییرپذیری نیمه عمر: به دامنه وسیع نیمه عمرها، از نانوثانیه تا سالها توجه کنید. این یک ویژگی تعیین کننده حالت های نیمه پایدار است.
• ساختار هسته ای: وجود و خواص ایزومرهای هسته ای اطلاعات ارزشمندی در مورد ساختار و نیروهای درون هسته اتم ارائه می دهد.
• تحقیقات در حال انجام: مطالعه ایزوتوپ های فراپایدار یک حوزه فعال از تحقیقات فیزیک هسته ای است.
این فهرست جامع نیست، اما نمای کلی خوبی از ایزوتوپ های متداول و قابل توجه متداول را نشان می دهد. می‌توانید با جستجو در پایگاه‌های اطلاعاتی مانند مرکز ملی داده‌های هسته‌ای (NNDC) در آزمایشگاه ملی بروکهاون یا آژانس بین‌المللی انرژی اتمی، اطلاعات دقیق‌تری درباره ایزوتوپ‌های خاص پیدا کنید. به یاد داشته باشید که همیشه منابع موثق و معتبر را برای داده های هسته ای بررسی کنید.
سرچشمه ها:
