Çift ve tek atom çekirdeği - Even and odd atomic nuclei

Olarak nükleer fizik bir özellikleri çekirdeği bağlıdır düzgün dağılım ve oddness barındırmayan atom numarası Z , nötron sayısı K bunların toplamı, ve, sonuç olarak, ve kütle numarası A . En önemlisi, her iki oddness Z ve N düşürme eğilimi bağlanma enerjisi tek çekirdek, genel olarak daha az kararlı hale. Bu etki sadece deneysel olarak gözlemlenmekle kalmaz, aynı zamanda yarı deneysel kütle formülüne dahil edilir ve nükleer kabuk modeli gibi bazı diğer nükleer modeller tarafından açıklanır . Komşu çekirdekler, özellikle tek- A izobarları arasındaki bu nükleer bağlanma enerjisi farkı, beta bozunması için önemli sonuçlara sahiptir .

Ayrıca, nükleer spin tüm çift - A çekirdekleri için tamsayı (çoğunlukla 0) ve tüm tek- A çekirdekleri için tamsayı olmayan (yarım tamsayı) .

Çifte karşı tek kütle numarası ( A ).
	Hatta	tek	Toplam
Kararlı	151	101	252
uzun ömürlü	25	9	34
tüm ilkel	176	110	286

Nötron-proton oranı nükleer kararlılığını etkileyen tek faktör değildir. İzotoplara nötron eklemek, nükleer dönüşlerini ve nükleer şekillerini değiştirebilir, bu da nötron yakalama kesitlerinde ve gama spektroskopisinde ve nükleer manyetik rezonans özelliklerinde farklılıklara neden olabilir . Nükleer bağlanma enerjisi optimumuna göre çok fazla veya çok az nötron mevcutsa , çekirdek kararsız hale gelir ve belirli nükleer bozunma türlerine maruz kalır . Optimal olmayan sayıda nötron veya proton içeren kararsız nüklidler, beta bozunması (pozitron bozunması dahil), elektron yakalama veya kendiliğinden fisyon ve küme bozunması gibi başka yollarla bozunur .

Çift kütle numarası

Kütle numarası çift olan çekirdekler nispeten daha kararlıdır. Tüm kararlı çekirdeklerin 151/252 = ~ %60'ını oluşturan çift kütleli çekirdekler bozonlardır , yani tamsayı dönüşüne sahiptirler . 151'in 146'sı çift-proton, çift-nötron (EE) nüklidleridir ve eşleşme nedeniyle mutlaka 0 dönüşüne sahiptir. Kararlı bozonik nüklidlerin geri kalanı 5 tek protonlu, tek nötron kararlı nükliddir (²
₁H
, ⁶
₃Li
, ¹⁰
₅B
, ¹⁴
₇N
ve ^180m
₇₃Ta
), tümü sıfır olmayan bir tamsayı dönüşüne sahiptir.

Eşleştirme efektleri

Çift/tek Z , N (Hidrojen-1 , OE olarak dahil edilmiştir )
p,n	EE	OO	EO	orijinal ekipman	Toplam
Kararlı	146	5	53	48	252
uzun ömürlü	21	4	4	5	34
tüm ilkel	167	9	57	53	286

Çift-çift bir çekirdeğin beta bozunması, tek-tek bir çekirdek üretir ve bunun tersi de geçerlidir. Çift sayıda proton veya nötron, çiftleşme etkilerinden dolayı daha kararlıdır (daha yüksek bağlanma enerjisi ) , bu nedenle çift-çift çekirdekler tek-tek'ten çok daha kararlıdır. Bir etki, az sayıda kararlı tek-tek nüklid olmasıdır, ancak başka bir etki, birçok çift-çift çekirdeğin beta bozunmasını aynı kütle numarasına sahip ancak daha düşük enerjiye sahip başka bir çift-çift çekirdeğe önlemektir, çünkü bozunma adım adım ilerler. daha yüksek enerjili tek-tek bir çekirdekten geçmek zorunda kalacaktı. Tek-tek bir nüklidi atlayarak doğrudan çift-çift-çift-çift arasında çift beta bozunması sadece ara sıra mümkündür ve o zaman bile evrenin yaşının bir milyar katından daha büyük bir yarı ömürle mümkündür . Örneğin, çift beta yayıcı¹¹⁶
CD
yarı ömrü vardır 2.9 × 10 ¹⁹ yıl. Bu, bazı kütle numaralarının iki kararlı nüklide ve bazı elementlerin (atom numaraları) yediye kadar sahip olduğu daha fazla sayıda kararlı çift-çift nüklid sağlar .

Örneğin, helyum-4'ün 2 proton ve 2 nötronun ikili eşleşmesinden kaynaklanan aşırı kararlılığı, beş veya sekiz nükleon içeren herhangi bir nüklidin , Büyük Patlama'da nükleer füzyon yoluyla daha ağır elementlerin oluşumu için platformlar olarak hizmet edecek kadar uzun süre var olmasını engeller. nükleosentez ; sadece yıldızlarda bunun için yeterli zaman vardır (bkz. üçlü alfa süreci ).

Hatta proton, hatta nötron

252 kararlı nüklidin ~%58'ini oluşturan 146 kararlı çift-çift nüklid vardır. Ayrıca 21 ilkel uzun ömürlü çift-çift nüklid vardır. Sonuç olarak, 2'den 82'ye kadar olan 41 çift sayılı elementin çoğu , birçok ilkel izotopa sahiptir . Bu çift sayılı elementlerin yarısı altı veya daha fazla kararlı izotopa sahiptir.

Pauli dışlama ilkesi nedeniyle tüm çift-çift nüklidlerin temel durumunda spin 0'ı vardır ( daha fazla ayrıntı için Eşleştirme Etkilerine bakın).

Tek proton, tek nötron

Yalnızca beş kararlı nüklid, hem tek sayıda proton hem de tek sayıda nötron içerir. İlk dört "tek-tek" nüklid, düşük kütleli nüklidlerde meydana gelir, bunun için bir protonu bir nötrona veya tam tersine değiştirmek çok dengesiz bir proton-nötron oranına yol açar (²
₁H
, ⁶
₃Li
, ¹⁰
₅B
, ve ¹⁴
₇N
; 1, 1, 3, 1) döner. Diğer tek gözlemsel olarak "kararlı" tek-tek nüklid^180m
₇₃Ta
(spin 9), deneysel girişimlere rağmen bozunduğu henüz gözlemlenmeyen tek ilkel nükleer izomer . Ayrıca, dört uzun ömürlü radyoaktif tek-tek nüklid (⁴⁰
₁₉K
, ⁵⁰
₂₃V
,¹³⁸
₅₇La
,¹⁷⁶
₇₁lu
; 4, 6, 5, 7) spinleri doğal olarak oluşur. örneğinde olduğu gibi^180m
₇₃Ta
yüksek spinli nüklidlerin beta bozunması ( elektron yakalama dahil ), gama bozunması veya iç dönüşüm yoluyla bozunması , eğer izobar nüklidler arasında mümkün olan tek bozunma (veya^180m
₇₃Ta
Aynı nüklidin nükleer izomerleri arasında) 1 birimlik spindeki değişimin yüksek katlarını içerir, hızlı bozunma ile bağlantılı "tercih edilen" spin değişikliği. Çürümenin bu yüksek dönüşlü inhibisyonu, yukarıda tartışılan beş ağır kararlı veya uzun ömürlü tek-proton, tek-nötron nüklidinin nedenidir. Dönme etkisinin çıkarıldığı bu etkinin bir örneği olarak, ilkel tantalum-180m'nin tek-tek düşük dönüşlü (teorik) bozunma ürünü olan tantal-180'in kendisinin yalnızca yaklaşık 8 saatlik bir yarı ömrü vardır.

Nispeten kısa yarı ömre sahip birçok tuhaf-tuhaf radyonüklid (tantal-180 gibi) bilinmektedir. Neredeyse değişmez bir şekilde, bu bozunma, çift protonlara ve eşleştirilmiş nötronlara sahip kararlı hatta hatta izotoplar üretmek için pozitif veya negatif beta bozunmasıyla gerçekleşir. Protonların nötronlara oranının ne aşırı büyük ne de aşırı küçük olduğu (yani, maksimum kararlılık oranından çok uzağa düştüğü) bazı tek-tek radyonüklidlerde, bu bozunma her iki yönde de ilerleyebilir, bir protonu bir nötrona dönüştürebilir veya tersine. Bir örnek⁶⁴
₂₉Cu
pozitron emisyonu ile bozunabilen ⁶⁴
₂₈Ni
veya elektron emisyonu ile ⁶⁴
₃₀çinko
.

Dokuz ilkel tek-tek nüklidden (beşi kararlı ve dördü uzun yarı ömre sahip radyoaktif), sadece ¹⁴
₇N
ortak bir elementin en yaygın izotopudur. Bu, CNO döngüsünün bir parçası olduğu için böyledir . nüklidler⁶
₃Li
ve ¹⁰
₅B
diğer hafif elementlere kıyasla kendileri nadir olan elementlerin azınlık izotoplarıdır, diğer altı izotop ise elementlerinin doğal bolluğunun sadece küçük bir yüzdesini oluşturur. Örneğin,^180m
₇₃Ta
252 kararlı nüklidin en nadide olduğu düşünülmektedir .

İlkel (yani, kararlı veya neredeyse kararlı) tek-tek nüklidlerin hiçbiri temel durumda spin 0'a sahip değildir. Bunun nedeni, tek bir eşleşmemiş nötron ve eşleşmemiş protonun , dönüşleri hizalı değilken (toplamda en az 1 birimlik bir dönüş üreterek) hizalanmışsa, birbirlerine karşı daha büyük bir nükleer kuvvet çekimine sahip olmasıdır . Bu nükleer davranışın en basit durumu için döteryuma bakın .

Tek kütle numarası

Belirli bir tek kütle numarası için, birkaç beta kararlı nüklid vardır , çünkü çift-tek ve tek-çift arasındaki bağlanma enerjisinde çift-çift ve tek-tek arasındaki ile karşılaştırılabilir bir fark yoktur, aynı diğer nüklidleri bırakır. kütle numarası ( izobarlar ) en düşük kütleli nüklide doğru beta bozunmasına karşı serbesttir . 5, 147, 151 ve 209+ kütle numaraları için, bu kütle numarasının beta kararlı izobarı alfa bozunabilir . (Teorik olarak, kütle numarası 143 ila 155, 160 ila 162 ve 165+ da alfa bozunması yapabilir.) Bu, tek kütle numaralarına sahip toplam 101 kararlı nüklid verir. Tek kütle numaralarına sahip başka 9 radyoaktif ilkel nüklid (tanım gereği hepsi nispeten uzun yarı ömre sahip, 80 milyon yıldan fazla) vardır.

Tek-kütle-sayılı nüklidler fermiyonlardır , yani yarı tamsayılı spinlere sahiptirler . Genel olarak konuşursak, tek kütleli nüklidler her zaman çift sayıda nötron veya protona sahip olduğundan, çift sayılı parçacıklar genellikle çekirdekte sıfır spinli bir "çekirdeğin" bir parçasını oluşturur. Tek sayılı nükleon (ister protonlar ister nötronlar olsun) daha sonra, nükleer dönüşün çoğu, kalan son nükleonun yörünge açısal momentumu ve dönüş açısal momentumu nedeniyle çift nükleonlarla ikinci bir çekirdek oluşturur. Toplamda, 110 ilkel tek kütleli nüklidin 29'u 1/2, 30'u 3/2, 24'ü 5/2, 17'si 7/2 ve dokuzu 9/2 dönüşüne sahiptir.

Tek kütleli kararlı nüklidler (kabaca eşit olarak) aşağıda daha ayrıntılı olarak tartışılan tek-proton-çift-nötron ve tek-nötron-çift-proton nüklidlerine bölünmüştür.

Tek proton, hatta nötron

Çift sayılı nötronlarıyla stabilize edilmiş bu 48 kararlı nüklid, tek sayılı elementlerin kararlı izotoplarının çoğunu oluşturur; çok az sayıdaki tek-tek nüklid diğerlerini oluşturur. Z = 1'den 81'e kadar olan 41 tek sayılı element vardır ve bunlardan 30'u ( sıfır bir çift sayı olduğu için hidrojen dahil ) bir kararlı tek-çift izotopa sahiptir, elementler teknetyum (
₄₃Tc
) ve prometyum (
₆₁öğleden sonra
) kararlı izotopları ve dokuz elementi yoktur: klor (
₁₇Cl
), potasyum (
₁₉K
), bakır (
₂₉Cu
), galyum (
₃₁ga
), brom (
₃₅Br
), gümüş (
₄₇Ag
), antimon (
₅₁Sb
), iridyum (
₇₇ir
) ve talyum (
₈₁TL
), her biri iki tek-çift kararlı izotopa sahiptir. Bu toplam 30×1 + 9×2 = 48 kararlı tek-çift izotop yapar. Ayrıca beş ilkel uzun ömürlü radyoaktif tek-çift izotopu vardır.⁸⁷
₃₇Rb
, ¹¹⁵
₄₉İçinde
, ¹⁸⁷
₇₅Yeniden
, ¹⁵¹
₆₃AB
, ve ²⁰⁹
₈₃Bi
. Son ikisinin, yarı ömürleri 10 ¹⁸ yıldan daha uzun olan, ancak son zamanlarda bozulduğu bulundu .

Hatta proton, tek nötron

Çift-tek uzun ömürlü
	çürüme	Yarım hayat
¹¹³ ₄₈CD	beta	7,7 × 10 ¹⁵ bir
¹⁴⁷ ₆₂Sm	alfa	1.06 × 10 ¹¹ bir
²³⁵ ₉₂sen	alfa	7,04 × 10 ⁸ bir

Bu 53 kararlı nüklid çift sayıda protona ve tek sayıda nötrona sahiptir. Tanım olarak, bunların hepsi , sayıları yaklaşık 3 kat daha fazla olan çift-çift izotoplara kıyasla azınlık oldukları çift- Z elementlerinin izotoplarıdır. Kararlı bir nüklide sahip 41 çift- Z element arasında , sadece iki elementin (argon ve seryum) çift-tek kararlı nüklidi yoktur. Bir elementin (kalay) üçü vardır. Bir çift-tek nüklidi olan 24 element ve iki tek-çift nüklidi olan 13 element vardır.

34 primordial radyonüklidden üç çift-tek nüklid vardır (sağdaki tabloya bakınız), bölünebilir olanlar da dahil. ²³⁵
₉₂sen
. Tek nötron sayıları nedeniyle, çift-tek nüklidler , nötron eşleştirme etkilerinden kaynaklanan enerji nedeniyle büyük nötron yakalama kesitlerine sahip olma eğilimindedir .

Bu kararlı çift-proton tek-nötron nüklidleri, doğada bolluk nedeniyle olağandışı olma eğilimindedir, çünkü genellikle, ilkel bolluğu oluşturmak ve ona katkıda bulunmak için nötronları yakalamaktan kaçarak diğer kararlı çift-çift izotopları oluşturmaları gerekir. Yıldızlarda nükleosentez sırasında nötron yakalamanın s süreci ve r süreci . Bu sebeple sadece¹⁹⁵
₇₈nokta
ve ⁹
₄ol
elementlerinin doğal olarak en bol izotoplarıdır, birincisi yalnızca küçük bir farkla ve ikincisi yalnızca beklenen berilyum-8'in iki alfa parçacığından daha düşük bağlanma enerjisine sahip olması ve bu nedenle hemen alfa bozunması nedeniyledir .

Tek nötron numarası

nötron sayısı paritesi
N	Hatta	tek
Kararlı	195	58
uzun ömürlü	25	8
tüm ilkel	220	66

Aktinitler tek nötron numarasıyla genel olarak parçalanabilir (ile termal nötronlar da nötron sayısına sahip olanlar genelde ise de olsa,) bölünebilir ile hızlı nötronlar . Sadece¹⁹⁵
₇₈nokta
, ⁹
₄ol
ve ¹⁴
₇N
tek nötron sayısına sahiptir ve elementlerinin doğal olarak en bol izotopudur.

Languages

In other projects