Спонтанно делящиеся изомеры

Для ряда изотопов трансурановых элементов обнаружены возбужденные состояния с очень малым периодом полураспада по отношению к спонтанному делению. Вероятность их спонтанного деления в среднем в 1026 раз превосходит вероятность деления соответствующих ядер в основном состоянии. Кроме того, для них свойственна очень сильная заторможенность изомерных переходов (при данной степени запрета по спину и четности). Например, 42mArn, открытый первым из ядер данного класса, ведет себя как смесь двух спонтанно делящихся радионуклидов с периодами полураспада 140 лет и 14 мс, причем во втором случае спонтанное деление является практически единственным каналом распада.

Объяснение природы этого явления было предложено Г. Н. Флеровым и В. М. Струтинским. Расчеты потенциального барьера деления для разных ядер, выполненные в рамках капельной модели с введением в нее оболочечных поправок, привели к любопытным результатам. Оказалось, что барьер деления в общем случае имеет форму нс одного, а двух горбов, в результате чего при большой деформации ядра появляется второй минимум.

Рис. 10.4. Потенциальный барьер деления с двумя минимумами.

потенциальной энергии (рис. 10.4, ср. рис. 10.3). Он соответствует возбужденному и достаточно долгоживущему, т. е. изомерному, состоянию ядра. Однако природа этой изомерии отличается от обычной, описанной в п. 9.3. В данном случае малая вероятность испускания укванта объясняется не большой разностью спинов материнского и дочернего ядра, а большим барьером, разделяющим две потенциальные ямы. Дело в том, что волна, соответствующая состоянию ядра в области минимума 2, очень слабо проникает в область минимума / вследствие большой ширины и высоты внутреннего потенциального барьера Б1. Иными словами, перекрывание волновых функций (/ и у/2 ничтожно мало. Но именно это перекрывание, помимо прочих факторов, и определяет вероятность изомерного перехода.^[1] И, наоборот, большая вероятность спонтанного деления возбужденного состояния — следствие малой ширины и высоты внешнего барьера Б2. Что касается вероятности спонтанного деления из основного состояния, то оно определяется параметрами обоих барьеров.

Одним из подтверждений модели ядра с двумя потенциальными барьерами является обнаружение у ^24и'" Ри конверсионных электронов, испускание которых опережает его спонтанное деление. По энергиям конверсионных электронов удалось восстановить спектр возбужденных состояний изомера, который был интерпретирован как вращательный (п. 4.5), соответствующий вытянутому эллипсоиду вращения с отношением полуосей Ь/a ~ 2, что намного больше этого же отношения для Ри в основном состоянии.

Таким образом, спонтанно делящиеся изомеры, характеризующиеся высокой степенью деформации, следует классифицировать как изомеры формы. Изомеры формы известны у ~ 40 радионуклидов актиноидов, и лишь у двух из них (²-⁶" 'и и ^23S" 'U) наблюдается изомерный переход с испусканием у-кванта. Энергия возбуждения изомеров формы АЕ (рис. 10.4) составляет от 2 до 4 МэВ, а периоды полураспада варьируются от наносекунд до миллисекунд. Наибольший период полураспада (14 мс) наблюдается у ^242mArn.

• [1] См. для сравнения п. 8.6. Строгим образом это доказывается в квантовой теории электромагнитногоизлучения.