Изобары

Изоба́ры (в ед.ч. изоба́р; др.-греч. ἴσος [isos] «одинаковый» + βάρος [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 физикеПравить

ОписаниеПравить

Хотя массовое число (то есть число нуклонов) A = N + Z в ядрах-изобарах одинаково, числа протонов Z и нейтронов N различаются: $Z_1\ne <!--\; \ne \; -->Z_2$$Z_{1}\neq Z_{2}$ , $N_1\ne <!--\; \ne \; -->N_2$$N_{1}\neq N_{2}$ . Совокупность нуклидов с одинаковым A, но разным Z называют изобарической цепочкой. В то время как массовое число изобаров одинаково, их атомные массы совпадают лишь приближённо. Зависимость атомной массы (или избытка массы) от Z в изобарической цепочке показывает направление возможных бета-распадов. Эта зависимость в первом приближении представляет собой параболу (см. формула Вайцзеккера) — сечение долины стабильности плоскостью A = const.

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 (Z и N 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 <!--\; \Delta \; -->}Z=\pm <!--\; \pm \; -->2$$\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 A существует один бета-стабильный изобар, для чётных A — 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 триадыПравить

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	${}_{\mathsf{16}}\mathsf{S}{}_{\mathsf{18}}\mathsf{A}\mathsf{r}$${\mathsf {_{{16}}S\ \ _{{18}}Ar}}$	21	104	${}_{\mathsf{44}}\mathsf{R}\mathsf{u}{}_{\mathsf{46}}\mathsf{P}\mathsf{d}$${\mathsf {_{{44}}Ru\ \ _{{46}}Pd}}$	41	152	${}_{\mathsf{62}}\mathsf{S}\mathsf{m}{}_{\mathsf{64}}\mathsf{G}\mathsf{d}$${\mathsf {_{{62}}Sm\ \ _{{64}}Gd}}$  (α)
2	46	${}_{\mathsf{20}}\mathsf{C}\mathsf{a}{}_{\mathsf{22}}\mathsf{T}\mathsf{i}$${\mathsf {_{{20}}Ca\ \ _{{22}}Ti}}$	22	106	${}_{\mathsf{46}}\mathsf{P}\mathsf{d}{}_{\mathsf{48}}\mathsf{C}\mathsf{d}$${\mathsf {_{{46}}Pd\ \ _{{48}}Cd}}$	42	154	${}_{\mathsf{62}}\mathsf{S}\mathsf{m}{}_{\mathsf{64}}\mathsf{G}\mathsf{d}$${\mathsf {_{{62}}Sm\ \ _{{64}}Gd}}$
3	48	${}_{\mathsf{20}}\mathsf{C}\mathsf{a}$${\mathsf {_{20}Ca}}$  (2β−) ${}_{\mathsf{22}}\mathsf{T}\mathsf{i}$${\mathsf {_{22}Ti}}$	23	108	${}_{\mathsf{46}}\mathsf{P}\mathsf{d}{}_{\mathsf{48}}\mathsf{C}\mathsf{d}$${\mathsf {_{{46}}Pd\ \ _{{48}}Cd}}$	43	156	${}_{\mathsf{64}}\mathsf{G}\mathsf{d}{}_{\mathsf{66}}\mathsf{D}\mathsf{y}$${\mathsf {_{{64}}Gd\ \ _{{66}}Dy}}$
4	54	${}_{\mathsf{24}}\mathsf{C}\mathsf{r}{}_{\mathsf{26}}\mathsf{F}\mathsf{e}$${\mathsf {_{{24}}Cr\ \ _{{26}}Fe}}$	24	110	${}_{\mathsf{46}}\mathsf{P}\mathsf{d}{}_{\mathsf{48}}\mathsf{C}\mathsf{d}$${\mathsf {_{{46}}Pd\ \ _{{48}}Cd}}$	44	158	${}_{\mathsf{64}}\mathsf{G}\mathsf{d}{}_{\mathsf{66}}\mathsf{D}\mathsf{y}$${\mathsf {_{{64}}Gd\ \ _{{66}}Dy}}$
5	58	${}_{\mathsf{26}}\mathsf{F}\mathsf{e}{}_{\mathsf{28}}\mathsf{N}\mathsf{i}$${\mathsf {_{{26}}Fe\ \ _{{28}}Ni}}$	25	112	${}_{\mathsf{48}}\mathsf{C}\mathsf{d}{}_{\mathsf{50}}\mathsf{S}\mathsf{n}$${\mathsf {_{{48}}Cd\ \ _{{50}}Sn}}$	45	160	${}_{\mathsf{64}}\mathsf{G}\mathsf{d}{}_{\mathsf{66}}\mathsf{D}\mathsf{y}$${\mathsf {_{{64}}Gd\ \ _{{66}}Dy}}$
6	64	${}_{\mathsf{28}}\mathsf{N}\mathsf{i}{}_{\mathsf{30}}\mathsf{Z}\mathsf{n}$${\mathsf {_{{28}}Ni\ \ _{{30}}Zn}}$	26	113	${}_{\mathsf{48}}\mathsf{C}\mathsf{d}$${\mathsf {_{48}Cd}}$  (β−)${}_{\mathsf{49}}\mathsf{I}\mathsf{n}$${\mathsf {_{49}In}}$	46	162	${}_{\mathsf{66}}\mathsf{D}\mathsf{y}{}_{\mathsf{68}}\mathsf{E}\mathsf{r}$${\mathsf {_{{66}}Dy\ \ _{{68}}Er}}$
7	70	${}_{\mathsf{30}}\mathsf{Z}\mathsf{n}{}_{\mathsf{32}}\mathsf{G}\mathsf{e}$${\mathsf {_{{30}}Zn\ \ _{{32}}Ge}}$	27	114	${}_{\mathsf{48}}\mathsf{C}\mathsf{d}{}_{\mathsf{50}}\mathsf{S}\mathsf{n}$${\mathsf {_{{48}}Cd\ \ _{{50}}Sn}}$	47	164	${}_{\mathsf{66}}\mathsf{D}\mathsf{y}{}_{\mathsf{68}}\mathsf{E}\mathsf{r}$${\mathsf {_{{66}}Dy\ \ _{{68}}Er}}$
8	74	${}_{\mathsf{32}}\mathsf{G}\mathsf{e}{}_{\mathsf{34}}\mathsf{S}\mathsf{e}$${\mathsf {_{{32}}Ge\ \ _{{34}}Se}}$	28	115	${}_{\mathsf{49}}\mathsf{I}\mathsf{n}$${\mathsf {_{49}In}}$  (β−) ${}_{\mathsf{50}}\mathsf{S}\mathsf{n}$${\mathsf {_{50}Sn}}$	48	168	${}_{\mathsf{68}}\mathsf{E}\mathsf{r}{}_{\mathsf{70}}\mathsf{Y}\mathsf{b}$${\mathsf {_{{68}}Er\ \ _{{70}}Yb}}$
9	76	${}_{\mathsf{32}}\mathsf{G}\mathsf{e}$${\mathsf {_{32}Ge}}$  (2β−) ${}_{\mathsf{34}}\mathsf{S}\mathsf{e}$${\mathsf {_{34}Se}}$	29	116	${}_{\mathsf{48}}\mathsf{C}\mathsf{d}$${\mathsf {_{48}Cd}}$  (2β−) ${}_{\mathsf{50}}\mathsf{S}\mathsf{n}$${\mathsf {_{50}Sn}}$	49	170	${}_{\mathsf{68}}\mathsf{E}\mathsf{r}{}_{\mathsf{70}}\mathsf{Y}\mathsf{b}$${\mathsf {_{{68}}Er\ \ _{{70}}Yb}}$
10	78	${}_{\mathsf{34}}\mathsf{S}\mathsf{e}{}_{\mathsf{36}}\mathsf{K}\mathsf{r}$${\mathsf {_{{34}}Se\ \ _{{36}}Kr}}$  (2ε)	30	120	${}_{\mathsf{50}}\mathsf{S}\mathsf{n}{}_{\mathsf{52}}\mathsf{T}\mathsf{e}$${\mathsf {_{{50}}Sn\ \ _{{52}}Te}}$	50	174	${}_{\mathsf{70}}\mathsf{Y}\mathsf{b}{}_{\mathsf{72}}\mathsf{H}\mathsf{f}$${\mathsf {_{{70}}Yb\ \ _{{72}}Hf}}$  (α)
11	80	${}_{\mathsf{34}}\mathsf{S}\mathsf{e}{}_{\mathsf{36}}\mathsf{K}\mathsf{r}$${\mathsf {_{{34}}Se\ \ _{{36}}Kr}}$	31	122	${}_{\mathsf{50}}\mathsf{S}\mathsf{n}{}_{\mathsf{52}}\mathsf{T}\mathsf{e}$${\mathsf {_{{50}}Sn\ \ _{{52}}Te}}$	51	184	${}_{\mathsf{74}}\mathsf{W}{}_{\mathsf{76}}\mathsf{O}\mathsf{s}$${\mathsf {_{{74}}W\ \ _{{76}}Os}}$  (α)
12	82	${}_{\mathsf{34}}\mathsf{S}\mathsf{e}$${\mathsf {_{34}Se}}$  (2β−) ${}_{\mathsf{36}}\mathsf{K}\mathsf{r}$${\mathsf {_{36}Kr}}$	32	123	${}_{\mathsf{51}}\mathsf{S}\mathsf{b}{}_{\mathsf{52}}\mathsf{T}\mathsf{e}$${\mathsf {_{{51}}Sb\ \ _{{52}}Te}}$	52	186	${}_{\mathsf{74}}\mathsf{W}{}_{\mathsf{76}}\mathsf{O}\mathsf{s}$${\mathsf {_{{74}}W\ \ _{{76}}Os}}$  (α)
13	84	${}_{\mathsf{36}}\mathsf{K}\mathsf{r}{}_{\mathsf{36}}\mathsf{S}\mathsf{r}$${\mathsf {_{{36}}Kr\ \ _{{36}}Sr}}$	33	126	${}_{\mathsf{52}}\mathsf{T}\mathsf{e}{}_{\mathsf{54}}\mathsf{X}\mathsf{e}$${\mathsf {_{{52}}Te\ \ _{{54}}Xe}}$	53	187	${}_{\mathsf{75}}\mathsf{R}\mathsf{e}$${\mathsf {_{75}Re}}$  (β−) ${}_{\mathsf{76}}\mathsf{O}\mathsf{s}$${\mathsf {_{76}Os}}$
14	86	${}_{\mathsf{36}}\mathsf{K}\mathsf{r}{}_{\mathsf{38}}\mathsf{S}\mathsf{r}$${\mathsf {_{{36}}Kr\ \ _{{38}}Sr}}$	34	128	${}_{\mathsf{52}}\mathsf{T}\mathsf{e}$${\mathsf {_{52}Te}}$  (2β−) ${}_{\mathsf{54}}\mathsf{X}\mathsf{e}$${\mathsf {_{54}Xe}}$	54	190	${}_{\mathsf{76}}\mathsf{O}\mathsf{s}{}_{\mathsf{78}}\mathsf{P}\mathsf{t}$${\mathsf {_{{76}}Os\ \ _{{78}}Pt}}$  (α)
15	87	${}_{\mathsf{37}}\mathsf{R}\mathsf{b}$${\mathsf {_{37}Rb}}$  (β−) ${}_{\mathsf{38}}\mathsf{S}\mathsf{r}$${\mathsf {_{38}Sr}}$	35	132	${}_{\mathsf{54}}\mathsf{X}\mathsf{e}{}_{\mathsf{56}}\mathsf{B}\mathsf{a}$${\mathsf {_{{54}}Xe\ \ _{{56}}Ba}}$	55	192	${}_{\mathsf{76}}\mathsf{O}\mathsf{s}{}_{\mathsf{78}}\mathsf{P}\mathsf{t}$${\mathsf {_{{76}}Os\ \ _{{78}}Pt}}$
16	92	${}_{\mathsf{40}}\mathsf{Z}\mathsf{r}{}_{\mathsf{42}}\mathsf{M}\mathsf{o}$${\mathsf {_{{40}}Zr\ \ _{{42}}Mo}}$	36	134	${}_{\mathsf{54}}\mathsf{X}\mathsf{e}{}_{\mathsf{56}}\mathsf{B}\mathsf{a}$${\mathsf {_{{54}}Xe\ \ _{{56}}Ba}}$	56	196	${}_{\mathsf{78}}\mathsf{P}\mathsf{t}{}_{\mathsf{80}}\mathsf{H}\mathsf{g}$${\mathsf {_{{78}}Pt\ \ _{{80}}Hg}}$
17	94	${}_{\mathsf{40}}\mathsf{Z}\mathsf{r}{}_{\mathsf{42}}\mathsf{M}\mathsf{o}$${\mathsf {_{{40}}Zr\ \ _{{42}}Mo}}$	37	142	${}_{\mathsf{58}}\mathsf{C}\mathsf{e}{}_{\mathsf{60}}\mathsf{N}\mathsf{d}$${\mathsf {_{{58}}Ce\ \ _{{60}}Nd}}$	57	198	${}_{\mathsf{78}}\mathsf{P}\mathsf{t}{}_{\mathsf{80}}\mathsf{H}\mathsf{g}$${\mathsf {_{{78}}Pt\ \ _{{80}}Hg}}$
18	98	${}_{\mathsf{42}}\mathsf{M}\mathsf{o}{}_{\mathsf{44}}\mathsf{R}\mathsf{u}$${\mathsf {_{{42}}Mo\ \ _{{44}}Ru}}$	38	144	${}_{\mathsf{60}}\mathsf{N}\mathsf{d}$${\mathsf {_{60}Nd}}$  (α) ${}_{\mathsf{62}}\mathsf{S}\mathsf{m}$${\mathsf {_{62}Sm}}$	58	204	${}_{\mathsf{80}}\mathsf{H}\mathsf{g}{}_{\mathsf{82}}\mathsf{P}\mathsf{b}$${\mathsf {_{{80}}Hg\ \ _{{82}}Pb}}$
19	100	${}_{\mathsf{42}}\mathsf{M}\mathsf{o}$${\mathsf {_{42}Mo}}$  (2β−) ${}_{\mathsf{44}}\mathsf{R}\mathsf{u}$${\mathsf {_{44}Ru}}$	39	148	${}_{\mathsf{60}}\mathsf{N}\mathsf{d}{}_{\mathsf{62}}\mathsf{S}\mathsf{m}$${\mathsf {_{{60}}Nd\ \ _{{62}}Sm}}$  (α)
20	102	${}_{\mathsf{44}}\mathsf{R}\mathsf{u}{}_{\mathsf{46}}\mathsf{P}\mathsf{d}$${\mathsf {_{{44}}Ru\ \ _{{46}}Pd}}$	40	150	${}_{\mathsf{60}}\mathsf{N}\mathsf{d}$${\mathsf {_{60}Nd}}$  (2β−) ${}_{\mathsf{62}}\mathsf{S}\mathsf{m}$${\mathsf {_{62}Sm}}$

Примордиальные изобарные триады

№	Массовое число	Изобарная триада
1	40	${}_{\mathsf{18}}\mathsf{A}\mathsf{r}{}_{\mathsf{19}}\mathsf{K}$${\mathsf {_{18}Ar\ \ _{19}K}}$  (β+, β−, ε) ${}_{\mathsf{20}}\mathsf{C}\mathsf{a}$${\mathsf {_{20}Ca}}$
2	50	${}_{\mathsf{22}}\mathsf{T}\mathsf{i}{}_{\mathsf{23}}\mathsf{V}$${\mathsf {_{22}Ti\ \ _{23}V}}$  (β+, β−) ${}_{\mathsf{24}}\mathsf{C}\mathsf{r}$${\mathsf {_{24}Cr}}$
3	96	${}_{\mathsf{40}}\mathsf{Z}\mathsf{r}$${\mathsf {_{40}Zr}}$  (2β−) ${}_{\mathsf{42}}\mathsf{M}\mathsf{o}{}_{\mathsf{44}}\mathsf{R}\mathsf{u}$${\mathsf {_{42}Mo\ \ _{44}Ru}}$
4	124	${}_{\mathsf{50}}\mathsf{S}\mathsf{n}{}_{\mathsf{52}}\mathsf{T}\mathsf{e}{}_{\mathsf{54}}\mathsf{X}\mathsf{e}$${\mathsf {_{{50}}Sn\ \ _{{52}}Te\ \ _{{54}}Xe}}$  (2ε)
5	130	${}_{\mathsf{52}}\mathsf{T}\mathsf{e}$${\mathsf {_{52}Te}}$  (2β−) ${}_{\mathsf{54}}\mathsf{X}\mathsf{e}{}_{\mathsf{56}}\mathsf{B}\mathsf{a}$${\mathsf {_{54}Xe\ \ _{56}Ba}}$  (2ε)
6	136	${}_{\mathsf{54}}\mathsf{X}\mathsf{e}$${\mathsf {_{54}Xe}}$  (2β−) ${}_{\mathsf{56}}\mathsf{B}\mathsf{a}{}_{\mathsf{58}}\mathsf{C}\mathsf{e}$${\mathsf {_{56}Ba\ \ _{58}Ce}}$
7	138	${}_{\mathsf{56}}\mathsf{B}\mathsf{a}{}_{\mathsf{57}}\mathsf{L}\mathsf{a}$${\mathsf {_{56}Ba\ \ _{57}La}}$  (ε, β−) ${}_{\mathsf{58}}\mathsf{C}\mathsf{e}$${\mathsf {_{58}Ce}}$
8	176	${}_{\mathsf{70}}\mathsf{Y}\mathsf{b}{}_{\mathsf{71}}\mathsf{L}\mathsf{u}$${\mathsf {_{70}Yb\ \ _{71}Lu}}$  (β−) ${}_{\mathsf{72}}\mathsf{H}\mathsf{f}$${\mathsf {_{72}Hf}}$
9	180	${}_{\mathsf{72}}\mathsf{H}\mathsf{f}{}_{\mathsf{73}}\mathsf{T}\mathsf{a}$${\mathsf {_{72}Hf\ \ _{73}Ta}}$  (изомер) ${}_{\mathsf{74}}\mathsf{W}$${\mathsf {_{74}W}}$  (α)

В масс-спектрометрииПравить

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. такжеПравить

• Изотопы
• Изотоны

ЛитератураПравить

• Б. М. Яворский, А. А. Детлаф, А. К. Лебедев. Справочник по физике. — М.: «ОНИКС», «Мир и Образование», 2006. — 1056 с. — 7000 экз. — ISBN 5-488-00330-4.