Изоба́ры (в ед.ч. изоба́р; др.-греч. ἴσος [isos] «одинаковый» + βάρος [baros] «вес») — нуклиды разных элементов, имеющие одинаковое массовое число; например, изобарами являются 40Ar, 40K, 40Ca. Термин предложен в 1918 году британским химиком Альфредом Уолтером Стюартом[1].

В ядерной физике

править

Описание

править

Хотя массовое число (то есть число нуклонов) A = N + Z в ядрах-изобарах одинаково, числа протонов Z и нейтронов N различаются:  ,  . Совокупность нуклидов с одинаковым A, но разным Z называют изобарической цепочкой. В то время как массовое число изобаров одинаково, их атомные массы совпадают лишь приближённо. Зависимость атомной массы (или избытка массы) от Z в изобарической цепочке показывает направление возможных бета-распадов. Эта зависимость в первом приближении представляет собой параболу (см. формула Вайцзеккера) — сечение долины стабильности плоскостью A = const.

Те виды радиоактивного распада, которые не изменяют массовое число (бета-распад, двойной бета-распад, изомерный переход), переводят одно ядро-изобар в другое. Поскольку распады такого рода происходят в направлении уменьшения избытка массы, последовательность таких распадов заканчивается на ядре, представляющем энергетический минимум в данной изобарической цепочке (бета-стабильное ядро). Для ядер с чётным массовым числом таких локальных минимумов на изобарической цепочке может быть от 1 до 3, поскольку чётно-чётные ядра (Z и N чётны) благодаря энергии спаривания имеют бо́льшую энергию связи, чем нечётно-нечётные ядра с тем же массовым числом. Локальные минимумы отличаются зарядом ядра на 2 единицы ( ), поэтому прямые бета-переходы между основными состояниями таких ядер невозможны (бета-распад изменяет заряд ядра на единицу). Переходы из локальных минимумов цепочки в глобальный возможны лишь благодаря двойным бета-процессам, которые являются процессами второго порядка по константе связи слабого взаимодействия и поэтому сильно подавлены: периоды полураспада превышают 1019 лет. Таким образом, для нечётных A существует один бета-стабильный изобар, для чётных A — от одного до трёх. Если альфа-распад (и другие виды распада, изменяющие массовое число) для бета-стабильного изотопа запрещён или сильно подавлен, то этот изотоп присутствует в природной смеси изотопов.

Для изобаров справедливо правило Щукарева — Маттауха, объясняющее, в частности, отсутствие стабильных изотопов у технеция[2].

Примордиальные изобарные пары и триады

править

Существуют 58 примордиальных изобарных пар и 9 примордиальных изобарных триад, которые в основном включают в себя стабильные изотопы элементов с чётными Z, отличающимися на 2 единицы, и ряд радиоактивных, но с огромными периодами полураспада, сопоставимыми со временем существования Вселенной. Если учитывать только стабильные нуклиды, то существуют 47 изобарных пар:

Примордиальные изобарные пары
Массовое число Изобарная пара Массовое число Изобарная пара Массовое число Изобарная пара
1 36   21 104   41 152   (α)
2 46   22 106   42 154  
3 48   (2β)   23 108   43 156  
4 54   24 110   44 158  
5 58   25 112   45 160  
6 64   26 113  )  46 162  
7 70   27 114   47 164  
8 74   28 115  )   48 168  
9 76   (2β)   29 116   (2β)   49 170  
10 78   (2ε) 30 120   50 174   (α)
11 80   31 122   51 184   (α)
12 82   (2β)   32 123   52 186   (α)
13 84   33 126   53 187  )  
14 86   34 128   (2β)   54 190   (α)
15 87  )   35 132   55 192  
16 92   36 134   56 196  
17 94   37 142   57 198  
18 98   38 144   (α)   58 204  
19 100   (2β)   39 148   (α)
20 102   40 150   (2β)  
Примордиальные изобарные триады
Массовое число Изобарная триада
1 40  +, β, ε)  
2 50  +, β)  
3 96   (2β)  
4 124   (2ε)
5 130   (2β)   (2ε)
6 136   (2β)  
7 138   (ε, β)  
8 176  )  
9 180   (изомер)   (α)

В масс-спектрометрии

править

В масс-спектрометрии изобарами называются как ядра с одинаковым массовым числом, так и молекулы с (приблизительно) одинаковой молекулярной массой. Так, молекулы 16O1H2H (полутяжёлой воды) являются молекулярными изобарами к атому 19F. Ионы таких молекул и атомов имеют почти одинаковое отношение масса/заряд (при равном заряде) и, следовательно, движутся в электромагнитных полях масс-спектрометра по почти одинаковой траектории, являясь источником фона для своих изобар.

См. также

править

Примечания

править
  1. Brucer M. Nuclear Medicine Begins with a Boa Constrictor (англ.) // Journal of Nuclear Medicine. — 1978. — Vol. 19. — P. 581—598. Архивировано 9 мая 2019 года.[ ]
  2. Изотопы // Энциклопедический словарь юного химика. 2-е изд. / Сост. В. А. Крицман, В. В. Станцо. — М.: Педагогика, 1990. — С. 89—91. — ISBN 5-7155-0292-6.

Литература

править
  • Б. М. Яворский, А. А. Детлаф, А. К. Лебедев. Справочник по физике. — М.: «ОНИКС», «Мир и Образование», 2006. — 1056 с. — 7000 экз. — ISBN 5-488-00330-4.