Изоба́ры (в ед.ч. изоба́р; [isos] «одинаковый» + [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) в ядрах-изобарах одинаково, числа протонов и нейтронов различаются: , . Совокупность нуклидов с одинаковым , но разным называют изобарической цепочкой. В то время как массовое число изобаров одинаково, их атомные массы совпадают лишь приближённо. Зависимость атомной массы (или избытка массы) от в изобарической цепочке показывает направление возможных бета-распадов. Эта зависимость в первом приближении представляет собой параболу (см. формула Вайцзеккера) — сечение долины стабильности плоскостью .
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 ( и 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 существует один бета-стабильный изобар, для чётных — 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 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 (β−) 46 162 7 70 27 114 47 164 8 74 28 115 (β−) 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 (β−) 14 86 34 128 (2β−) 54 190 (α) 15 87 (β−) 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+, β−, ε) 2 50 (β+, β−) 3 96 (β−, 2β−) 4 124 (2ε) 5 130 (2β−) (2ε) 6 136 (2β−) 7 138 (ε, β−) 8 176 (β−) 9 180 (изомер) (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
Примечания
Литература
Категория:Ядерная физика Категория:Нуклиды