Изобары — это атомы ( нуклиды ) разных химических элементов , имеющие одинаковое число нуклонов . Соответственно, изобары различаются атомным номером (или числом протонов ), но имеют одинаковое массовое число . Примером серии изобар являются 40 S , 40 Cl , 40 Ar , 40 K и 40 Ca. Хотя все ядра этих нуклидов содержат 40 нуклонов, они содержат разное количество протонов и нейтронов. [1]
Термин «изобары» (первоначально «изобары») для нуклидов был предложен Альфредом Уолтером Стюартом в 1918 году . [2] Он происходит от греческого слова isos , что означает «равный», и baros , что означает «вес». [3]
Одно и то же массовое число не подразумевает ни одинаковую массу ядер , ни равные атомные массы соответствующих нуклидов. Из формулы Вайцзеккера для массы ядра:
где массовое число A равно сумме атомного номера Z и количества 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. При нечетном A допускается, что δ = 0 и зависимость массы от Z выпуклая (или от N , или N − Z , для постоянного A это не имеет значения ). Это объясняет, что бета-распад энергетически выгоден для нейтронно-богатых нуклидов, а позитронный распад выгоден для сильно нейтронодефицитных нуклидов. Обе моды распада не меняют массового числа, следовательно, исходное ядро и его дочернее ядро являются изобарами. В обоих вышеупомянутых случаях более тяжелое ядро распадается на более легкую изобару.
Для четного A член δ имеет вид:
где P — еще одна константа. Этот член, вычтенный из приведенного выше выражения массы, положителен для четно-четных ядер и отрицателен для нечетно-нечетных ядер. Это означает, что четно-четные ядра, не имеющие сильного нейтронного избытка или нейтронного дефицита, имеют более высокую энергию связи , чем их нечетно-нечетные соседи-изобары. Это означает, 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 изобары Маттауха гласит , что если два соседних элемента в таблице Менделеева имеют изотопы с одинаковым массовым числом, по крайней мере одна из этих изобар должна быть радионуклидом ( радиоактивным). В случаях трех изобар последовательных элементов, когда первый и последний стабильны (это часто бывает для четно-четных нуклидов, см. выше), может произойти разветвленный распад средней изобары. Например, радиоактивный йод-126 имеет почти равные вероятности двух режимов распада: испускания позитронов , приводящего к теллуру-126 , и бета-излучения , приводящего к ксенону-126 .
Никаких наблюдательно стабильных изобар не существует для массовых чисел 5 (распад до гелия-4 плюс протон или нейтрон ), 8 (распад до двух ядер гелия-4), 147, 151, а также для 209 и выше. Две наблюдательно стабильные изобары существуют 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, одновременно устойчивых 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 нуклиды с бета-распадом для этих массовых чисел могут подвергаться альфа-распаду .
Разрастание, Перри (1993). «5 – Характеристики и структура материи». Физические принципы медицинской визуализации (2-е изд.). Мэдисон, Висконсин : Издательство медицинской физики. ISBN 0-8342-0309-Х. Проверено 28 апреля 2010 г.
