Изомерия атомных ядер, существование у некоторых атомных ядер метастабильных состояний — возбуждённых состояний с относительно большими временами жизни (см. Ядро атомное ). Некоторые атомные ядра имеют несколько изомерных состояний с разными временами жизни. Понятие Изомерия атомных ядер Возникло в 1921, когда немецким физиком О. Ганом было открыто радиоактивное вещество уран Z (UZ), которое как по химическим свойствам, так и по массовому числу не отличалось от известного тогда урана UX2. Позднее было установлено, что UZ и UX2 — два состояния одного и того же изотопа 234Pa с разными энергией и периодом полураспада. По аналогии с изомерными органическими соединениями (см. Изомерия химических соединений) UZ и UX2 стали называться ядерными изомерами. В 1935 Б. В. Курчатовым, И. В. Курчатовым, Л. В. Мысовским и Л. И. Русиновым было обнаружено изомерное состояние у искусственного радиоактивного изотопа брома 80Br, что послужило началом систематического изучения Изомерия атомных ядер Известно большое число изомерных состояний с периодами полураспада от 10-6 сек до многих лет. Одним из наиболее долгоживущих изомеров является 236Np с периодом полураспада 5500 лет.
Распад изомеров чаще всего сопровождается испусканием конверсионных электронов (см. Конверсия внутренняя ) или g-квантов; в результате образуется ядро того же изотопа, но в более низком энергетическом состоянии. Иногда более вероятным является бета-распад , который приводит к возникновению изотопа другого элемента (рис.). Изомеры тяжёлых элементов могут распадаться путём самопроизвольного деления (см. Ядра атомного деление ).
Изомерия атомных ядер обусловлена особенностями структуры атомных ядер. Изомерные состояния образуются в тех случаях, когда переход ядра из состояния с большей энергией в более низкое энергетическое состояние путём испускания g-кванта затруднён. Чаще всего это связано с большим различием в значениях спинов S ядер в этих состояниях. Если при этом различие энергии в двух состояниях невелико, то вероятность испускания g-кванта становится малой и, как следствие, период полураспада возбуждённого состояния оказывается большим. Изомеры особенно часто встречаются у ядер в определённых областях значений массовых чисел (острова изомерии). Этот факт объясняет оболочечная модель ядра, которая предсказывает существование близких по энергии ядерных уровней с большим различием спинов при определённых значениях чисел протонов и нейтронов, входящих в состав ядра (см. Ядерные модели ). В некоторых случаях (например, для 180Hf) возникновение изомеров связано с существенным различием формы ядра в двух близких энергетических состояниях, что также приводит к уменьшению вероятности g-излучения.
Лит.: Мухин К. Н., Введение в ядерную физику, М., 1963; Мошковский С., Теория мультипольного излучения, в кн.: Альфа-, бета- и гамма-спектроскопия, под ред. К. Зигбана, пер. с англ., в. 3, М., 1969, с. 5.
Н. Н. Делягин.