fbpx
Wikipedia

Isómero nuclear

Agosto 05, 2021

Este artículo o sección tiene un estilo difícil de entender para los lectores interesados en el tema.
Si puedes, por favor edítalo y contribuye a hacerlo más accesible para el público general, sin eliminar los detalles técnicos que interesan a los especialistas.

Un isómero nuclear es un estado metaestable de un núcleo atómico, producido por la excitación de uno o más de sus nucleones (protones o neutrones). El término "metaestable" se refiere al hecho de que estos estados excitados tienen una vida media de más de 100 a 1000 veces la vida media de los estados nucleares excitados que se desintegran con una media vida corta (generalmente del orden de 10 -12 segundos). Como resultado de ello, el término "metaestable" queda restringido a los isómeros con vidas medias de 10 -9 segundos o más. Algunas fuentes recomiendan 5×10 -9 s para distinguir la isomería metaestable de la normal.[1]​

Existen isómeros cuyas vidas medias son muy largas, llegando a medirse en minutos, horas e incluso años. Un caso muy notable es el 180m
73Ta, cuya vida media es tan larga que nunca se le ha observado decaer (por lo menos 1015 años). A veces, al decaimiento gamma de un estado metaestable se le da el nombre especial de transición isomérica, pero salvo por el carácter temporal del isómero nuclear meta-estable monoparental, este proceso se asemeja a las desintegraciones gamma de corta duración en todos los aspectos externos. Las vidas más largas de isómeros nucleares (estados metaestables) se deben a menudo al mayor grado de variación del espín nuclear involucrado en la emisión gamma para alcanzar el estado fundamental. Este necesidad de altas variaciones de espín dificulta estas desintegraciones y, por lo tanto, las retrasa. Sin embargo, otras razones para la demora en la emisión, como la energía de desintegración disponible baja o alta, también tienen efectos sobre la media vida.

El primer sistema de isómero y decadencia-hija nuclear (uranio X2/uranio Z, ahora conocido como 234m
91Pa/234
91Pa) fue descubierto por Otto Hahn en 1921.[2]​

Introducción

Un elemento químico está definido por el número de protones de su núcleo, y los isótopos de un elemento se distinguen por la diferencia del número de neutrones.

Isómeros metaestables

Los isómeros metaestables se pueden producir por fusión nuclear u otras reacciones nucleares. Un núcleo producido de esta manera, generalmente comienza a existir en un estado excitado, que se desexcita mediante la emisión de uno o más rayos gamma (o, de forma equivalente, mediante conversión electrónica). Esta desexcitación se produce normalmente en un tiempo inferior a un picosegundo. Sin embargo, algunas veces sucede que la desexcitación hasta el estado base no se produce tan rápidamente. Generalmente esto ocurre por la formación de un estado excitado intermedio con un espín diferente a aquel del estado base. La emisión de radiación gamma se ve dificultada (respecto a los espines de los dos estados son similares) si el espín del estado final varía significativamente de aquel del estado inicial, especialmente si la energía de excitación es baja. En este caso, el estado excitado es un buen candidato a ser metaestable, si no existen otros estados con espín intermedio con energías de excitación menores que la del estado metaestable potencial.

Los isómeros metaestables de un isótopo particular se representan normalmente con una "m" (o, en el caso de isótopos con más de uno, 2m, 3m y así sucesivamente). Esta letra se sitúa normalmente después del símbolo atómico y número atómico (por ejemplo, Co-58m), pero algunas veces se puede ver antes como un superíndice (por ejemplo, 58mCo).

Un tipo diferente de estado nuclear (isómero) es el isómero de fisión o isómero de forma. La mayoría de los núcleos de actínidos no son esféricos en sus estados base, sino esferoidales -- con un eje de simetría más de largo que los otros (similares a un balón de fútbol americano o rugbi, aunque generalmente no tan elongados. Sin embargo la elongación de algunos isómeros puede llegar a ser mayor y parecerse más a un balón de rugbi) Cuanto mayor es la diferencia de estos isómeros, respecto a la esfericidad, mayor es la dificultad para la desexcitación al estado base nuclear. En general estos estados de-excitan al estado base (pero más lentamente que un estado excitado “ordinario”) o experimentan fisión espontánea con vidas medias del orden de nanosegundos o microsegundos. Un tiempo aún muchos órdenes de magnitud mayor que el período de un estado excitado nuclear ordinario. Los isómeros de la fisión se denotan generalmente con una posdata o un exponente “f” en lugar de “m,” de modo que un isómero de la fisión, por ejemplo el plutonio 240 se denota como Pu-240f o 240fPu.

Isómeros casi estables

La mayoría de los isómeros nucleares son muy inestables y radian la energía extra de forma casi inmediata (del orden de 10-12 segundos). Como resultado el término normalmente se restringe a isómeros con vidas medias de 10-9 segundos o más. La Mecánica cuántica predice que ciertas especies atómicas tienen isómeros con vidas inusualmente largas, incluso bajo la restricción anteriormente mencionada, lo que les otorga propiedades interesantes. Por definición no existe isómero que pueda denominarse “estable”, sin embargo, algunos tienen una vida suficientemente larga como para ser “casi” estables y pueden ser producidos y observados en cantidades apreciables.

El único isómero casi-estable que existe de forma natural es el Ta-180m que está presente en la muestras de tántalo en aproximadamente 1 parte en 8300. Su vida media es al menos de 1015 años, mayor que la edad del universo. Esta notoria persistencia se explica por el hecho de su baja energía de excitación y que ambas posibilidades de decaimiento: gamma hacia el estado base del Ta-180 (que es radiactivo y con una vida media no muy larga) y el decaimiento beta hacia el hafnio o wolframio están restringidas por la diferencia de espines. El origen de este isómero es desconocido, aunque se cree que se ha formado en explosiones de supernovas (como la mayoría de los elementos pesados). Cuando decae hacia el estado base, se libera un fotón energético, con una energía de 75keV. En 1988, Collins[3]​ mostró que al Ta-180m se le puede forzar a liberar su energía de forma inducida por rayos X débiles. Después de 11 años de controversia, sus resultados fueron confirmados en 1999 por Belic y sus colaboradores en el grupo de física nuclear de Stuttgart.[4]​4

Otro relativamente estable isómero nuclear (con una vida media de 31 años) en el hafnio-178m2 que tiene una energía de excitación mayor que la cualquier otro isómero de vida larga comparable. Un gramo de Hf-178m2 puro contiene aproximadamente 1330 megajulios de energía, el equivalente de la energía explosiva de 317 kilogramos de TNT. Además, “toda” esa energía se libera como rayos gamma de 2.45 MeV. De igual modo que con el Ta-180m, existen informes discutidos sobre la posible liberación de su energía de forma estimulada, lo que ha llevado al estudio de la sustancia como una posible fuente de Láseres de rayos gamma. Estos informes también indican que la energía se libera muy rápidamente, por lo que el Hf-172-m2 puede producir potencias extremadamente altas (del orden de exavatios). Otros isómeros también han sido investigados como posibles materiales para la emisión estimulada de rayos gamma.[5]​

Aplicaciones

Esos isómeros de hafnio y tántalo han sido considerados por algunos como armas para eluidir el Tratado de No Proliferación Nuclear, ya que pueden ser inducidos a emitir radiación gamma muy poderosa. DARPA tiene o ha tenido un programa de investigación para el posible uso de ambos isómeros. De cualquier modo, dado la diferencia de velocidades entre los fotones y neutrones, no se les puede inducir a una reacción en cadena como a las armas nucleares, por lo que probablemente nunca exista dicha arma. Ta-180m es una de las sustancias más caras de obtener, con un coste aproximado de 17 millones de dólares por gramo. En 1999, el suministro mundial de Ta-180m era de sólo 6.7 miligramos.

Los isómeros de Tecnecio Tc-99m (con una vida media de 6.01 horas) y Tc.95m (con una vida media de 61 días) se utilizan en aplicaciones médicas e industriales.

Proceso de desintegración

La desintegración de los isómeros a los estados de energía más baja puede producirse mediante dos transiciones isoméricas:

  1. Emisión de rayos gamma (γ), emisión de fotones de energía alta.
  2. Captura electrónica, donde la energía se utiliza para ionizar al átomo.

Referencias

  1. Nuclear isomers
  2. Hahn, Otto (1921). «Über ein neues radioaktives Zerfallsprodukt im Uran». Die Naturwissenschaften 9 (5): 84. Bibcode:1921NW......9...84H. doi:10.1007/BF01491321. 
  3. C.B. Collins et al., Phys. Rev. C, 37, p 2267-2269 (1988).
  4. D. Belic et al., Phys. Rev. Lett., 83, p 5242 (1999).
  5. . UNH Nuclear Physics Group. abril de 1997. Archivado desde el original el 5 de septiembre de 2006. Consultado el 1 de junio de 2006. 

Enlaces externos

  • Research group which presented initial claims of hafnium nuclear isomer de-excitation control. - The Center for Quantum Electronics, The University of Texas at Dallas.
  • Lengthy Washington Post article, March 2004
  • JASON Defense Advisory Group report on high energy nuclear materials mentioned in the Washington Post story above
  • Confidence for Hafnium Isomer Triggering in 2006. - The Center for Quantum Electronics, The University of Texas at Dallas.
  • Reprints of articles about nuclear isomers in peer reviewed journals. - The Center for Quantum Electronics, The University of Texas at Dallas.


  •   Datos: Q846110

Agosto 05, 2021
isómero, nuclear, este, artículo, sección, tiene, estilo, difícil, entender, para, lectores, interesados, tema, puedes, favor, edítalo, contribuye, hacerlo, más, accesible, para, público, general, eliminar, detalles, técnicos, interesan, especialistas, isómero. Este articulo o seccion tiene un estilo dificil de entender para los lectores interesados en el tema Si puedes por favor editalo y contribuye a hacerlo mas accesible para el publico general sin eliminar los detalles tecnicos que interesan a los especialistas Un isomero nuclear es un estado metaestable de un nucleo atomico producido por la excitacion de uno o mas de sus nucleones protones o neutrones El termino metaestable se refiere al hecho de que estos estados excitados tienen una vida media de mas de 100 a 1000 veces la vida media de los estados nucleares excitados que se desintegran con una media vida corta generalmente del orden de 10 12 segundos Como resultado de ello el termino metaestable queda restringido a los isomeros con vidas medias de 10 9 segundos o mas Algunas fuentes recomiendan 5 10 9 s para distinguir la isomeria metaestable de la normal 1 Existen isomeros cuyas vidas medias son muy largas llegando a medirse en minutos horas e incluso anos Un caso muy notable es el 180m73 Ta cuya vida media es tan larga que nunca se le ha observado decaer por lo menos 1015 anos A veces al decaimiento gamma de un estado metaestable se le da el nombre especial de transicion isomerica pero salvo por el caracter temporal del isomero nuclear meta estable monoparental este proceso se asemeja a las desintegraciones gamma de corta duracion en todos los aspectos externos Las vidas mas largas de isomeros nucleares estados metaestables se deben a menudo al mayor grado de variacion del espin nuclear involucrado en la emision gamma para alcanzar el estado fundamental Este necesidad de altas variaciones de espin dificulta estas desintegraciones y por lo tanto las retrasa Sin embargo otras razones para la demora en la emision como la energia de desintegracion disponible baja o alta tambien tienen efectos sobre la media vida El primer sistema de isomero y decadencia hija nuclear uranio X2 uranio Z ahora conocido como 234m91 Pa 23491 Pa fue descubierto por Otto Hahn en 1921 2 Indice 1 Introduccion 2 Isomeros metaestables 3 Isomeros casi estables 4 Aplicaciones 5 Proceso de desintegracion 6 Referencias 7 Enlaces externosIntroduccion EditarUn elemento quimico esta definido por el numero de protones de su nucleo y los isotopos de un elemento se distinguen por la diferencia del numero de neutrones Isomeros metaestables EditarLos isomeros metaestables se pueden producir por fusion nuclear u otras reacciones nucleares Un nucleo producido de esta manera generalmente comienza a existir en un estado excitado que se desexcita mediante la emision de uno o mas rayos gamma o de forma equivalente mediante conversion electronica Esta desexcitacion se produce normalmente en un tiempo inferior a un picosegundo Sin embargo algunas veces sucede que la desexcitacion hasta el estado base no se produce tan rapidamente Generalmente esto ocurre por la formacion de un estado excitado intermedio con un espin diferente a aquel del estado base La emision de radiacion gamma se ve dificultada respecto a los espines de los dos estados son similares si el espin del estado final varia significativamente de aquel del estado inicial especialmente si la energia de excitacion es baja En este caso el estado excitado es un buen candidato a ser metaestable si no existen otros estados con espin intermedio con energias de excitacion menores que la del estado metaestable potencial Los isomeros metaestables de un isotopo particular se representan normalmente con una m o en el caso de isotopos con mas de uno 2m 3m y asi sucesivamente Esta letra se situa normalmente despues del simbolo atomico y numero atomico por ejemplo Co 58m pero algunas veces se puede ver antes como un superindice por ejemplo 58mCo Un tipo diferente de estado nuclear isomero es el isomero de fision o isomero de forma La mayoria de los nucleos de actinidos no son esfericos en sus estados base sino esferoidales con un eje de simetria mas de largo que los otros similares a un balon de futbol americano o rugbi aunque generalmente no tan elongados Sin embargo la elongacion de algunos isomeros puede llegar a ser mayor y parecerse mas a un balon de rugbi Cuanto mayor es la diferencia de estos isomeros respecto a la esfericidad mayor es la dificultad para la desexcitacion al estado base nuclear En general estos estados de excitan al estado base pero mas lentamente que un estado excitado ordinario o experimentan fision espontanea con vidas medias del orden de nanosegundos o microsegundos Un tiempo aun muchos ordenes de magnitud mayor que el periodo de un estado excitado nuclear ordinario Los isomeros de la fision se denotan generalmente con una posdata o un exponente f en lugar de m de modo que un isomero de la fision por ejemplo el plutonio 240 se denota como Pu 240f o 240fPu Isomeros casi estables EditarLa mayoria de los isomeros nucleares son muy inestables y radian la energia extra de forma casi inmediata del orden de 10 12 segundos Como resultado el termino normalmente se restringe a isomeros con vidas medias de 10 9 segundos o mas La Mecanica cuantica predice que ciertas especies atomicas tienen isomeros con vidas inusualmente largas incluso bajo la restriccion anteriormente mencionada lo que les otorga propiedades interesantes Por definicion no existe isomero que pueda denominarse estable sin embargo algunos tienen una vida suficientemente larga como para ser casi estables y pueden ser producidos y observados en cantidades apreciables El unico isomero casi estable que existe de forma natural es el Ta 180m que esta presente en la muestras de tantalo en aproximadamente 1 parte en 8300 Su vida media es al menos de 1015 anos mayor que la edad del universo Esta notoria persistencia se explica por el hecho de su baja energia de excitacion y que ambas posibilidades de decaimiento gamma hacia el estado base del Ta 180 que es radiactivo y con una vida media no muy larga y el decaimiento beta hacia el hafnio o wolframio estan restringidas por la diferencia de espines El origen de este isomero es desconocido aunque se cree que se ha formado en explosiones de supernovas como la mayoria de los elementos pesados Cuando decae hacia el estado base se libera un foton energetico con una energia de 75keV En 1988 Collins 3 mostro que al Ta 180m se le puede forzar a liberar su energia de forma inducida por rayos X debiles Despues de 11 anos de controversia sus resultados fueron confirmados en 1999 por Belic y sus colaboradores en el grupo de fisica nuclear de Stuttgart 4 4Otro relativamente estable isomero nuclear con una vida media de 31 anos en el hafnio 178m2 que tiene una energia de excitacion mayor que la cualquier otro isomero de vida larga comparable Un gramo de Hf 178m2 puro contiene aproximadamente 1330 megajulios de energia el equivalente de la energia explosiva de 317 kilogramos de TNT Ademas toda esa energia se libera como rayos gamma de 2 45 MeV De igual modo que con el Ta 180m existen informes discutidos sobre la posible liberacion de su energia de forma estimulada lo que ha llevado al estudio de la sustancia como una posible fuente de Laseres de rayos gamma Estos informes tambien indican que la energia se libera muy rapidamente por lo que el Hf 172 m2 puede producir potencias extremadamente altas del orden de exavatios Otros isomeros tambien han sido investigados como posibles materiales para la emision estimulada de rayos gamma 5 Aplicaciones EditarEsos isomeros de hafnio y tantalo han sido considerados por algunos como armas para eluidir el Tratado de No Proliferacion Nuclear ya que pueden ser inducidos a emitir radiacion gamma muy poderosa DARPA tiene o ha tenido un programa de investigacion para el posible uso de ambos isomeros De cualquier modo dado la diferencia de velocidades entre los fotones y neutrones no se les puede inducir a una reaccion en cadena como a las armas nucleares por lo que probablemente nunca exista dicha arma Ta 180m es una de las sustancias mas caras de obtener con un coste aproximado de 17 millones de dolares por gramo En 1999 el suministro mundial de Ta 180m era de solo 6 7 miligramos Los isomeros de Tecnecio Tc 99m con una vida media de 6 01 horas y Tc 95m con una vida media de 61 dias se utilizan en aplicaciones medicas e industriales Proceso de desintegracion EditarLa desintegracion de los isomeros a los estados de energia mas baja puede producirse mediante dos transiciones isomericas Emision de rayos gamma g emision de fotones de energia alta Captura electronica donde la energia se utiliza para ionizar al atomo Referencias Editar Nuclear isomers Hahn Otto 1921 Uber ein neues radioaktives Zerfallsprodukt im Uran Die Naturwissenschaften 9 5 84 Bibcode 1921NW 9 84H doi 10 1007 BF01491321 C B Collins et al Phys Rev C 37 p 2267 2269 1988 D Belic et al Phys Rev Lett 83 p 5242 1999 UNH researchers search for stimulated gamma ray emission UNH Nuclear Physics Group abril de 1997 Archivado desde el original el 5 de septiembre de 2006 Consultado el 1 de junio de 2006 Enlaces externos EditarResearch group which presented initial claims of hafnium nuclear isomer de excitation control The Center for Quantum Electronics The University of Texas at Dallas LengthyWashington Post article March 2004 JASON Defense Advisory Group report on high energy nuclear materials mentioned in the Washington Post story above May 2004 article in Physics Today which reviews the Hf controversy in a balanced manner Confidence for Hafnium Isomer Triggering in 2006 The Center for Quantum Electronics The University of Texas at Dallas Reprints of articles about nuclear isomers in peer reviewed journals The Center for Quantum Electronics The University of Texas at Dallas Datos Q846110Obtenido de https es wikipedia org w index php title Isomero nuclear amp oldid 121990655, wikipedia, wiki, leyendo, leer, libro, biblioteca,

español

, española, descargar, gratis, descargar gratis, mp3, video, mp4, 3gp, jpg, jpeg, gif, png, imagen, música, canción, película, libro, juego, juegos