Изобары

Шаблон:Другие значения Изоба́ры (в ед.ч. изоба́р; Шаблон:Lang-grc [isos] «одинаковый» + Шаблон:Lang-grc2 [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.

В ядерной физике

Описание

Хотя массовое число (то есть число нуклонов) Шаблон:Nobr в ядрах-изобарах одинаково, числа протонов Шаблон:Math и нейтронов Шаблон:Math различаются: $Z_1\ne Z_2$, $N_1\ne N_2$. Совокупность нуклидов с одинаковым Шаблон:Math, но разным Шаблон:Math называют изобарической цепочкой. В то время как массовое число изобаров одинаково, их атомные массы совпадают лишь приближённо. Зависимость атомной массы (или избытка массы) от Шаблон:Math в изобарической цепочке показывает направление возможных бета-распадов. Эта зависимость в первом приближении представляет собой параболу (см. формула Вайцзеккера) — сечение долины стабильности плоскостью Шаблон:Nobr.

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 (Шаблон:Math и Шаблон:Math 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 ($\mathrm{\Delta }Z=\pm 2$), 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 Шаблон:Math существует один бета-стабильный изобар, для чётных Шаблон:Math — 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.

Примордиальные изобарные пары и триады

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	${}_{\mathrm{𝟣}\mathrm{𝟨}}𝖲{}_{\mathrm{𝟣}\mathrm{𝟪}}𝖠𝗋$	21	104	${}_{\mathrm{𝟦}\mathrm{𝟦}}𝖱𝗎{}_{\mathrm{𝟦}\mathrm{𝟨}}𝖯𝖽$	41	152	${}_{\mathrm{𝟨}\mathrm{𝟤}}𝖲𝗆{}_{\mathrm{𝟨}\mathrm{𝟦}}𝖦𝖽$ (α)
2	46	${}_{\mathrm{𝟤}\mathrm{𝟢}}𝖢𝖺{}_{\mathrm{𝟤}\mathrm{𝟤}}𝖳𝗂$	22	106	${}_{\mathrm{𝟦}\mathrm{𝟨}}𝖯𝖽{}_{\mathrm{𝟦}\mathrm{𝟪}}𝖢𝖽$	42	154	${}_{\mathrm{𝟨}\mathrm{𝟤}}𝖲𝗆{}_{\mathrm{𝟨}\mathrm{𝟦}}𝖦𝖽$
3	48	${}_{\mathrm{𝟤}\mathrm{𝟢}}𝖢𝖺$ (2β−) ${}_{\mathrm{𝟤}\mathrm{𝟤}}𝖳𝗂$	23	108	${}_{\mathrm{𝟦}\mathrm{𝟨}}𝖯𝖽{}_{\mathrm{𝟦}\mathrm{𝟪}}𝖢𝖽$	43	156	${}_{\mathrm{𝟨}\mathrm{𝟦}}𝖦𝖽{}_{\mathrm{𝟨}\mathrm{𝟨}}𝖣𝗒$
4	54	${}_{\mathrm{𝟤}\mathrm{𝟦}}𝖢𝗋{}_{\mathrm{𝟤}\mathrm{𝟨}}𝖥𝖾$	24	110	${}_{\mathrm{𝟦}\mathrm{𝟨}}𝖯𝖽{}_{\mathrm{𝟦}\mathrm{𝟪}}𝖢𝖽$	44	158	${}_{\mathrm{𝟨}\mathrm{𝟦}}𝖦𝖽{}_{\mathrm{𝟨}\mathrm{𝟨}}𝖣𝗒$
5	58	${}_{\mathrm{𝟤}\mathrm{𝟨}}𝖥𝖾{}_{\mathrm{𝟤}\mathrm{𝟪}}𝖭𝗂$	25	112	${}_{\mathrm{𝟦}\mathrm{𝟪}}𝖢𝖽{}_{\mathrm{𝟧}\mathrm{𝟢}}𝖲𝗇$	45	160	${}_{\mathrm{𝟨}\mathrm{𝟦}}𝖦𝖽{}_{\mathrm{𝟨}\mathrm{𝟨}}𝖣𝗒$
6	64	${}_{\mathrm{𝟤}\mathrm{𝟪}}𝖭𝗂{}_{\mathrm{𝟥}\mathrm{𝟢}}𝖹𝗇$	26	113	${}_{\mathrm{𝟦}\mathrm{𝟪}}𝖢𝖽$ (β−)${}_{\mathrm{𝟦}\mathrm{𝟫}}𝖨𝗇$	46	162	${}_{\mathrm{𝟨}\mathrm{𝟨}}𝖣𝗒{}_{\mathrm{𝟨}\mathrm{𝟪}}𝖤𝗋$
7	70	${}_{\mathrm{𝟥}\mathrm{𝟢}}𝖹𝗇{}_{\mathrm{𝟥}\mathrm{𝟤}}𝖦𝖾$	27	114	${}_{\mathrm{𝟦}\mathrm{𝟪}}𝖢𝖽{}_{\mathrm{𝟧}\mathrm{𝟢}}𝖲𝗇$	47	164	${}_{\mathrm{𝟨}\mathrm{𝟨}}𝖣𝗒{}_{\mathrm{𝟨}\mathrm{𝟪}}𝖤𝗋$
8	74	${}_{\mathrm{𝟥}\mathrm{𝟤}}𝖦𝖾{}_{\mathrm{𝟥}\mathrm{𝟦}}𝖲𝖾$	28	115	${}_{\mathrm{𝟦}\mathrm{𝟫}}𝖨𝗇$ (β−) ${}_{\mathrm{𝟧}\mathrm{𝟢}}𝖲𝗇$	48	168	${}_{\mathrm{𝟨}\mathrm{𝟪}}𝖤𝗋{}_{\mathrm{𝟩}\mathrm{𝟢}}𝖸𝖻$
9	76	${}_{\mathrm{𝟥}\mathrm{𝟤}}𝖦𝖾$ (2β−) ${}_{\mathrm{𝟥}\mathrm{𝟦}}𝖲𝖾$	29	116	${}_{\mathrm{𝟦}\mathrm{𝟪}}𝖢𝖽$ (2β−) ${}_{\mathrm{𝟧}\mathrm{𝟢}}𝖲𝗇$	49	170	${}_{\mathrm{𝟨}\mathrm{𝟪}}𝖤𝗋{}_{\mathrm{𝟩}\mathrm{𝟢}}𝖸𝖻$
10	78	${}_{\mathrm{𝟥}\mathrm{𝟦}}𝖲𝖾{}_{\mathrm{𝟥}\mathrm{𝟨}}𝖪𝗋$ (2ε)	30	120	${}_{\mathrm{𝟧}\mathrm{𝟢}}𝖲𝗇{}_{\mathrm{𝟧}\mathrm{𝟤}}𝖳𝖾$	50	174	${}_{\mathrm{𝟩}\mathrm{𝟢}}𝖸𝖻{}_{\mathrm{𝟩}\mathrm{𝟤}}𝖧𝖿$ (α)
11	80	${}_{\mathrm{𝟥}\mathrm{𝟦}}𝖲𝖾{}_{\mathrm{𝟥}\mathrm{𝟨}}𝖪𝗋$	31	122	${}_{\mathrm{𝟧}\mathrm{𝟢}}𝖲𝗇{}_{\mathrm{𝟧}\mathrm{𝟤}}𝖳𝖾$	51	184	${}_{\mathrm{𝟩}\mathrm{𝟦}}𝖶{}_{\mathrm{𝟩}\mathrm{𝟨}}𝖮𝗌$ (α)
12	82	${}_{\mathrm{𝟥}\mathrm{𝟦}}𝖲𝖾$ (2β−) ${}_{\mathrm{𝟥}\mathrm{𝟨}}𝖪𝗋$	32	123	${}_{\mathrm{𝟧}\mathrm{𝟣}}𝖲𝖻{}_{\mathrm{𝟧}\mathrm{𝟤}}𝖳𝖾$	52	186	${}_{\mathrm{𝟩}\mathrm{𝟦}}𝖶{}_{\mathrm{𝟩}\mathrm{𝟨}}𝖮𝗌$ (α)
13	84	${}_{\mathrm{𝟥}\mathrm{𝟨}}𝖪𝗋{}_{\mathrm{𝟥}\mathrm{𝟨}}𝖲𝗋$	33	126	${}_{\mathrm{𝟧}\mathrm{𝟤}}𝖳𝖾{}_{\mathrm{𝟧}\mathrm{𝟦}}𝖷𝖾$	53	187	${}_{\mathrm{𝟩}\mathrm{𝟧}}𝖱𝖾$ (β−) ${}_{\mathrm{𝟩}\mathrm{𝟨}}𝖮𝗌$
14	86	${}_{\mathrm{𝟥}\mathrm{𝟨}}𝖪𝗋{}_{\mathrm{𝟥}\mathrm{𝟪}}𝖲𝗋$	34	128	${}_{\mathrm{𝟧}\mathrm{𝟤}}𝖳𝖾$ (2β−) ${}_{\mathrm{𝟧}\mathrm{𝟦}}𝖷𝖾$	54	190	${}_{\mathrm{𝟩}\mathrm{𝟨}}𝖮𝗌{}_{\mathrm{𝟩}\mathrm{𝟪}}𝖯𝗍$ (α)
15	87	${}_{\mathrm{𝟥}\mathrm{𝟩}}𝖱𝖻$ (β−) ${}_{\mathrm{𝟥}\mathrm{𝟪}}𝖲𝗋$	35	132	${}_{\mathrm{𝟧}\mathrm{𝟦}}𝖷𝖾{}_{\mathrm{𝟧}\mathrm{𝟨}}𝖡𝖺$	55	192	${}_{\mathrm{𝟩}\mathrm{𝟨}}𝖮𝗌{}_{\mathrm{𝟩}\mathrm{𝟪}}𝖯𝗍$
16	92	${}_{\mathrm{𝟦}\mathrm{𝟢}}𝖹𝗋{}_{\mathrm{𝟦}\mathrm{𝟤}}𝖬𝗈$	36	134	${}_{\mathrm{𝟧}\mathrm{𝟦}}𝖷𝖾{}_{\mathrm{𝟧}\mathrm{𝟨}}𝖡𝖺$	56	196	${}_{\mathrm{𝟩}\mathrm{𝟪}}𝖯𝗍{}_{\mathrm{𝟪}\mathrm{𝟢}}𝖧𝗀$
17	94	${}_{\mathrm{𝟦}\mathrm{𝟢}}𝖹𝗋{}_{\mathrm{𝟦}\mathrm{𝟤}}𝖬𝗈$	37	142	${}_{\mathrm{𝟧}\mathrm{𝟪}}𝖢𝖾{}_{\mathrm{𝟨}\mathrm{𝟢}}𝖭𝖽$	57	198	${}_{\mathrm{𝟩}\mathrm{𝟪}}𝖯𝗍{}_{\mathrm{𝟪}\mathrm{𝟢}}𝖧𝗀$
18	98	${}_{\mathrm{𝟦}\mathrm{𝟤}}𝖬𝗈{}_{\mathrm{𝟦}\mathrm{𝟦}}𝖱𝗎$	38	144	${}_{\mathrm{𝟨}\mathrm{𝟢}}𝖭𝖽$ (α) ${}_{\mathrm{𝟨}\mathrm{𝟤}}𝖲𝗆$	58	204	${}_{\mathrm{𝟪}\mathrm{𝟢}}𝖧𝗀{}_{\mathrm{𝟪}\mathrm{𝟤}}𝖯𝖻$
19	100	${}_{\mathrm{𝟦}\mathrm{𝟤}}𝖬𝗈$ (2β−) ${}_{\mathrm{𝟦}\mathrm{𝟦}}𝖱𝗎$	39	148	${}_{\mathrm{𝟨}\mathrm{𝟢}}𝖭𝖽{}_{\mathrm{𝟨}\mathrm{𝟤}}𝖲𝗆$ (α)
20	102	${}_{\mathrm{𝟦}\mathrm{𝟦}}𝖱𝗎{}_{\mathrm{𝟦}\mathrm{𝟨}}𝖯𝖽$	40	150	${}_{\mathrm{𝟨}\mathrm{𝟢}}𝖭𝖽$ (2β−) ${}_{\mathrm{𝟨}\mathrm{𝟤}}𝖲𝗆$

Примордиальные изобарные триады

№	Массовое число	Изобарная триада
1	40	${}_{\mathrm{𝟣}\mathrm{𝟪}}𝖠𝗋{}_{\mathrm{𝟣}\mathrm{𝟫}}𝖪$ (β+, β−, ε) ${}_{\mathrm{𝟤}\mathrm{𝟢}}𝖢𝖺$
2	50	${}_{\mathrm{𝟤}\mathrm{𝟤}}𝖳𝗂{}_{\mathrm{𝟤}\mathrm{𝟥}}𝖵$ (β+, β−) ${}_{\mathrm{𝟤}\mathrm{𝟦}}𝖢𝗋$
3	96	${}_{\mathrm{𝟦}\mathrm{𝟢}}𝖹𝗋$ (2β−) ${}_{\mathrm{𝟦}\mathrm{𝟤}}𝖬𝗈{}_{\mathrm{𝟦}\mathrm{𝟦}}𝖱𝗎$
4	124	${}_{\mathrm{𝟧}\mathrm{𝟢}}𝖲𝗇{}_{\mathrm{𝟧}\mathrm{𝟤}}𝖳𝖾{}_{\mathrm{𝟧}\mathrm{𝟦}}𝖷𝖾$ (2ε)
5	130	${}_{\mathrm{𝟧}\mathrm{𝟤}}𝖳𝖾$ (2β−) ${}_{\mathrm{𝟧}\mathrm{𝟦}}𝖷𝖾{}_{\mathrm{𝟧}\mathrm{𝟨}}𝖡𝖺$ (2ε)
6	136	${}_{\mathrm{𝟧}\mathrm{𝟦}}𝖷𝖾$ (2β−) ${}_{\mathrm{𝟧}\mathrm{𝟨}}𝖡𝖺{}_{\mathrm{𝟧}\mathrm{𝟪}}𝖢𝖾$
7	138	${}_{\mathrm{𝟧}\mathrm{𝟨}}𝖡𝖺{}_{\mathrm{𝟧}\mathrm{𝟩}}𝖫𝖺$ (ε, β−) ${}_{\mathrm{𝟧}\mathrm{𝟪}}𝖢𝖾$
8	176	${}_{\mathrm{𝟩}\mathrm{𝟢}}𝖸𝖻{}_{\mathrm{𝟩}\mathrm{𝟣}}𝖫𝗎$ (β−) ${}_{\mathrm{𝟩}\mathrm{𝟤}}𝖧𝖿$
9	180	${}_{\mathrm{𝟩}\mathrm{𝟤}}𝖧𝖿{}_{\mathrm{𝟩}\mathrm{𝟥}}𝖳𝖺$ (изомер) ${}_{\mathrm{𝟩}\mathrm{𝟦}}𝖶$ (α)

В масс-спектрометрии

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

• Изотопы
• Изотоны

Литература

• Шаблон:Книга