Изобары — это атомы ( нуклиды ) различных химических элементов , которые имеют одинаковое число нуклонов . Соответственно, изобары различаются по атомному номеру (или числу протонов ) , но имеют одинаковое массовое число . Примером ряда изобар являются 40S , 40Cl , 40Ar , 40K и 40Ca . Хотя ядра этих нуклидов содержат 40 нуклонов, они содержат различное число протонов и нейтронов . [ 1 ]
Термин «изобары» (первоначально «изобары») для нуклидов был предложен британским химиком Альфредом Уолтером Стюартом в 1918 году. [2] Он происходит от греческого ἴσος (isos) «равный» и βάρος (baros) «вес». [3]
Одинаковое массовое число не подразумевает ни одинаковой массы ядер , ни равных атомных масс соответствующих нуклидов. Из формулы Вайцзеккера для массы ядра:
где массовое число A равно сумме атомного числа Z и числа нейтронов N , а m p , m n , a V , a S , a C , a A являются константами, можно видеть, что масса зависит от Z и N нелинейно, даже при постоянном массовом числе. Для нечетных A допускается, что δ = 0 и зависимость массы от Z выпуклая ( или от N или N − Z , это не имеет значения для постоянного A ). Это объясняет, что бета-распад энергетически выгоден для нейтронно-богатых нуклидов, а позитронный распад выгоден для сильно нейтронно-дефицитных нуклидов. Оба режима распада не изменяют массовое число, поэтому исходное ядро и его дочернее ядро являются изобарами. В обоих вышеупомянутых случаях более тяжелое ядро распадается на свою более легкую изобару.
Для четного A член δ имеет вид:
где a P — еще одна константа. Этот член, вычитаемый из выражения массы выше, положителен для четно-четных ядер и отрицателен для нечетно-нечетных ядер. Это означает, что четно-четные ядра, которые не имеют сильного избытка или недостатка нейтронов, имеют более высокую энергию связи , чем их соседи по нечетно-нечетной изобаре. Это подразумевает, что четно-четные ядра (относительно) легче и стабильнее. Разница особенно сильна для малых A. Этот эффект также предсказывается (качественно) другими ядерными моделями и имеет важные последствия.
Правило изобар Маттауха гласит, что если два соседних элемента в периодической таблице имеют изотопы с одинаковым массовым числом, по крайней мере одна из этих изобар должна быть радионуклидом ( радиоактивной). В случаях трех изобар последовательных элементов, где первая и последняя стабильны (это часто бывает для четно-четных нуклидов, см. выше), может произойти разветвленный распад средней изобары. Например, радиоактивный йод-126 имеет почти равные вероятности для двух режимов распада: испускание позитрона , приводящее к теллуру-126 , и испускание бета-частиц , приводящее к ксенону-126 .
Не существует наблюдаемых стабильных изобар для массовых чисел 5 (распад на гелий-4 плюс протон или нейтрон ), 8 (распад на два ядра гелия-4), 147, 151, а также для 209 и выше. Существуют две наблюдательно стабильные изобары для 36, 40, 46, 50, 54, 58, 64, 70, 74, 80, 84, 86, 92, 94, 96, 98, 102, 104, 106, 108, 110, 112, 114, 120, 122, 123, 124, 126, 132, 134, 136, 138, 142, 154, 156, 158, 160, 162, 164, 168, 170, 176, 180 (включая метасостояние), 192, 196, 198 и 204. [4]
Теоретически не существует двух стабильных нуклидов с одинаковым массовым числом (поскольку не существует двух нуклидов с одинаковым массовым числом, которые были бы одновременно стабильны к бета-распаду и двойному бета-распаду ), и не существует стабильных нуклидов с массовыми числами 5, 8, 143–155, 160–162 и ≥ 165, поскольку теоретически стабильные к бета-распаду нуклиды для этих массовых чисел могут подвергаться альфа-распаду .
Sprawls, Perry (1993). "5 – Характеристики и структура материи". Физические принципы медицинской визуализации (2-е изд.). Madison, WI : Medical Physics Publishing. ISBN 0-8342-0309-X. Получено 28 апреля 2010 г.
