Isomeria nuclear

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Física nuclear
Fenômenos Átomo exótico Átomo hidrogenoide Barreira de Coulomb Captura eletrônica Captura neutrônica Decaimento Cluster Efeito Mössbauer Efeito Zeeman Emissão protônica Estrutura fina Fotodesintegração Isomeria nuclear Raios Alfa Raios X Radioatividade Radiação beta Radiação Gama Raio catódico Radiação de neutrões Reação nuclear Nível de energia Nucleossíntese
Conceitos Átomo Afinidade eletrônica Camada de valência Carga nuclear efetiva Energia de ligação Espectro Força nuclear Geometria molecular Interação spin-órbita Isospin Partícula subatômica Spin Massa atômica Massa crítica Material físsil Matéria nuclear Nível aberto Núcleo atómico Número atómico Número quântico principal Orbital atômico Raio atómico Temperatura neutrónica
História História da física
Modelos Atômicos Modelo atômico Modelo atômico de Bohr Modelo atômico de Dalton Modelo atômico de Rutherford Modelo atômico de Thomson Modelo da gota líquida Modelo nuclear de camadas
Leis & Equações Fator de Gamow Fórmula de Rydberg Freqüência de Larmor Lei de Moseley Lei Geiger-Nuttal Momento magnético nuclear Parâmetro de impacto Pico de Gamow Proteção magnética nuclear Seção transversal de dispersão Série de Lyman Série de Paschen Série de Humphreys
Experiências Dispersão de Rutherford Espalhamento de Rutherford Experimento de Geiger-Marsden Experiência da gota de óleo Experimento de Stern-Gerlach Grande Colisor de Hádrons Experiências não LHC
Aplicações Armas nucleares Bomba de nêutrons Combustível nuclear Energia nuclear Fissão nuclear Fissão nuclear espontânea Fusão nuclear Reator nuclear Ressonância magnética Relaxação
Físicos Ernest Rutherford Ernest Lawrence Edward Purcell Ernest Walton Enrico Fermi Henri Becquerel Marie Curie J. J. Thomson Otto Hahn Isidor Isaac Rabi Maria Göppert-Mayer

A isomeria nuclear é um estado metaestável de um átomo causado pela excitação de um proton ou neutron no seu núcleo atômico de modo que estes sofram uma mudança de spin antes que possam liberar sua energia extra. A isomeria nuclear não tem nenhuma semelhança com o uso mais comum desta palavra, a isomeria de um produto químico. Contrasta também com o significado de isótopo, no qual a diferença é o número de nêutrons no núcleo. Os "isômeros metaestáveis" de um átomo em particular são designados usualmente com um "eme" (m) minúsculo (ou no caso de átomos com mais de um isômero, 2 m, 3 m, e assim por diante). Esta designação é colocada geralmente após o número atômico do átomo (por exemplo Co-58 m) e também pode ser colocada em forma de sobrescrito ante ao símbolo atômico (como por exemplo ^{58 m}Co).

A primeira isomeria nuclear foi descrita em 1921 por Otto Hahn.

Instabilidade

A maioria dos isômeros nucleares são muito instáveis e emitem a energia extra de imediato (na ordem de dez picossegundos ou 10⁻¹² s). Como consequência o termo é restrito geralmente para significar isômeros com meia-vida de dez nanossegundos (10⁻⁹ s) ou mais. A mecânica quântica prevê que determinadas espécies atômicas possuirão raramente isômeros com vidas mais longas, mesmo sendo para este padrão mais restrito.

Isômeros razoavelmente estáveis

Isômero natural de Tântalo

O único isômero nuclear estável é o ^{180 m}Ta, que ocorre naturalmente em aproximadamente uma parte de 8 300. Sua meia-vida é no mínimo de dez peta-anos (10 quadrilhões de anos ou 10¹⁵ a), portanto é considerado um isômero estável. A origem deste é incerta, embora se acredite que tenha algo com a produção de supernovas. Quando retorna ao seu nível energético mais baixo o isômero de tântalo libera fótons com comprimentos de onda de dezesseis nanômetros (16*10^-9 m) — ou seja, o mesmo comprimento de onda dos raios-X. Há relatórios que indiquem que o ^{180 m}Ta pode ser induzido a liberar energia por raios-X mais fracos, mas trata-se de controvérsias científicas.^{[carece de fontes]}

Isômero de Háfnio

Um outro isômero nuclear razoavelmente estável (meia-vida de 31 anos) é o ^{178-2 m}Hf, que apresenta uma energia de excitação mais elevada do que qualquer outro metaestável. Um quilograma de ^{178-2 m}Hf puro contém cerca de novecentos milhões de joules de energia (900 mJ ou 9*10⁸ J), ou aproximadamente um quarto de quiloton de TNT. Toda a energia liberada é sob a forma de radiações gama de cerca de 0,05 nanômetros de amplitude. Como no caso do ^{180 m}Ta há relatórios que indiquem que o o ^{178-2 m}Hf possa ser estimulado a liberar sua energia, e consequentemente, este isômero está sendo estudado como uma fonte possível de lasers com radiação gama. Fora isso há indicações de que a energia possa ser liberada muito rapidamente, de modo que o ^{178-2 m}Hf possa produzir potenciais extremamente altos na ordem de exawatts (10¹⁸ W).^{[carece de fontes]}

Uso potencial para o armazenamento de energia

Os isômeros nucleares tem sido estudados como meios de armazenamento de energia, considerando-se que seja possível "bombardear" átomos do tipo padrão para que estes atinjam estados mais elevados de energia. Entretanto os métodos atualmente conhecidos são ineficientes.

Ligações externas

• Research on nuclear isomers Arquivado em 25 de fevereiro de 2009, no Wayback Machine. - The Center for Quantum Electronics, University of Texas at Dallas