짝수 및 홀수 원자핵
Even and odd atomic nuclei |
| 핵물리학 |
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| 핵·핵자(p, n)·핵물질·핵력·핵구조·핵반응 |
핵물리학에서 핵의 특성은 원자 번호(양성자 번호) Z, 중성자 번호 N, 그리고 결과적으로 질량 번호 A의 짝수 또는 홀수에 의존한다.가장 중요한 것은 Z와 N의 홀수성은 핵 결합 에너지를 낮추는 경향이 있으며, 홀수 핵을 일반적으로 덜 안정적이게 만든다.이 효과는 실험적으로 관찰될 뿐만 아니라 반경험적 질량 공식에 포함되며, 핵 껍질 모델과 같은 일부 다른 핵 모델에 의해 설명된다.인접한 핵들, 특히 홀수 A 이소바의 핵 결합 에너지의 차이는 베타 붕괴에 중요한 결과를 가져온다.
핵 스핀은 짝수 Z, 짝수 N개의 핵에 대해 0, 짝수 A의 모든 핵에 대해 정수, 홀수 반정수이다.
| 심지어. | 이상한 | 총 | |
|---|---|---|---|
| 안정적인. | 151 | 101 | 252 |
| 장수 | 25 | 9 | 34 |
| 모두 원시 | 176 | 110 | 286 |
중성자-양성자 비율은 원자력 안정성에 영향을 미치는 유일한 요인이 아니다.동위원소에 중성자를 추가하면 핵 스핀과 핵 모양이 달라져 중성자 포획 단면과 감마 스펙트럼 분석 및 핵자기 공명 특성에 차이가 생길 수 있다.최적 핵결합 에너지와 관련하여 너무 많거나 적은 중성자가 존재할 경우, 핵은 불안정해지고 특정 유형의 핵붕괴에 노출된다.베타 붕괴(양전자 붕괴 포함), 전자 포획 또는 자발적 핵분열 및 클러스터 붕괴와 같은 다른 수단으로 중성자 또는 양성자의 수가 최적이 아닌 불안정한 핵종.
짝수 질량수
전체 안정핵종의 151/252=~60%를 구성하는 짝수질량수핵종은 보손이다. 즉, 정수 스핀을 가진다. 151개 중 146개는 짝수-짝수-짝수(EE) 핵종으로 쌍으로 인해 스핀 0이 필요하다.나머지 안정 보스닉 핵종은 5개의 홀수 양성자 안정 핵종(2
1H
, Li
, B
, N
및
Ta)으로, 모두 0이 아닌 정수 스핀을 가진다.
페어링 효과
| p,n | EE | OO | EO | OE | 총 |
|---|---|---|---|---|---|
| 안정적인. | 146 | 5 | 53 | 48 | 252 |
| 장수 | 21 | 4 | 4 | 5 | 34 |
| 모두 원시 | 167 | 9 | 57 | 53 | 286 |
짝수 핵의 베타 붕괴는 홀수 핵을 생성하며, 그 반대도 마찬가지이다.짝수 양성자 또는 중성자는 짝수 효과 때문에 더 안정적이다(높은 결합 에너지). 따라서 짝수-짝수 핵은 홀수-홀수 핵보다 훨씬 안정적이다.한 가지 효과는 안정적인 홀수 핵종이 거의 없다는 것이지만, 다른 효과는 많은 짝수 핵종이 같은 질량수의 짝수 핵으로 베타 붕괴를 방지하는데, 이는 한 번에 한 단계씩 붕괴가 더 높은 에너지의 홀수 핵을 통과해야 하기 때문이다.짝수에서 짝수까지 심지어 짝수까지, 심지어 홀수 핵종을 건너뛰는 이중 베타 붕괴는 간혹 있을 뿐이며, 심지어 반감기가 우주의 나이보다 10억 배 이상 큰 경우도 있습니다.예를 들어, 더블 베타 이미터
CD의 반감기는 2.9×10년입니다19.이는 안정적인 짝수-짝수 핵종을 더 많이 만들며, 어떤 질량수는 두 개의 안정적인 핵종을 가지며, 어떤 원소(원자 번호)는 7개까지 가지기도 한다.
예를 들어, 양성자 2개와 중성자 2개의 이중 쌍으로 인한 헬륨-4의 극한 안정성은 빅뱅 핵합성의 핵융합을 통해 무거운 원소를 생성하기 위한 플랫폼 역할을 할 만큼 5개 또는 8개의 핵종을 포함하는 모든 핵종이 오랫동안 존재하는 것을 막는다. 별에서만 이를 위한 충분한 시간이 있다(3개 alp 참조).프로세스).이것은 또한 베릴륨이 단이성 원소인 유일한 짝수 원소로 만들면서 Be가 두 개의 알파 입자로 빠르게 분해되는 이유이기도
하다.
양성자, 중성자까지도
안정 짝수-짝수 핵종은 146개로 안정 252개 핵종의 58%를 형성한다.또한 21개의 원시적인 장수 짝수-짝수 핵종이 있다.그 결과, 2에서 82까지의 41개의 짝수 원소 중 많은 원소가 원시 동위원소를 가지고 있다.이 짝수 원소들의 절반은 6개 이상의 안정적인 동위원소를 가지고 있다.가장 가볍고 안정적인 짝수 동위원소는 He이고
가장 무거운 동위원소는 Pb이다
.이것들은 또한 이중 마법 핵종으로 알려진 것 중 가장 가볍고 무겁습니다.
모든 짝수-짝수 핵종은 파울리 배제 원칙 때문에 지면 상태에서 스핀 0을 갖는다(자세한 내용은 짝수 효과 참조).
홀수 양성자, 홀수 중성자
5개의 안정적인 핵종만이 홀수 양성자와 홀수 중성자를 모두 포함하고 있다.처음 4개의 "홀수" 핵종은 저질량 핵종에서 발생하며, 양성자를 중성자로 바꾸거나 그 반대로 바꾸면 매우 편향된 양성자-중성자 2
1비율이 된다
(H
, Li
, B
, N; 스핀 1, 1, 3, 1).이 4개의 동위원소는 모두 같은 수의 양성자와 중성자를 가지고 있으며, 모두 홀수인 핵 스핀을 가지고 있습니다.관측상 "안정적인" 홀수 핵종은 유일한
원시 핵 이성질체인 Ta(spin 9)이며, 실험 [1]시도에도 불구하고 붕괴가 아직 관찰되지 않았다.또한 4개의 장수명 홀수 핵종(40
19K
, V
,138
57 La
,176
71 Lu
; 스핀 4, 6, 5, 7)이 자연적으로 발생한다.만약 등압선 핵종들(또는의 경우 180m73Ta 사이에 핵 이성질체의 같은 핵종)의 유일한 붕괴 가능한 1단위,"선호하는"의 스핀에서 변화의 높은 배수에 포함되어 있는 높은 스핀 핵의 베타 붕괴(전자 포획 등), 감마 붕괴시키거나 내부 변환을 해서180m73Ta 붕괴한 경우처럼 크게 금지한다.변경급격한 붕괴와 관련된 스핀입니다.이러한 높은 스핀 붕괴 억제는 위에서 설명한 5개의 무거운 안정 또는 긴 수명의 홀수 양성자, 홀수 중성자 핵종의 원인입니다.스핀 효과를 뺀 이 효과의 예로서 원시 탄탈-180m의 홀수 저회전(이론) 붕괴 생성물인 탄탈-180은 반감기가 약 8시간밖에 되지 않는다.
상대적으로 반감기가 짧은 많은 홀수 방사성핵종(탄탈-180 등)이 알려져 있다.양성자와 중성자를 쌍으로 하는 안정적인 짝수-짝수 동위원소를 생성하기 위해 이들은 거의 항상 양 또는 음의 베타 붕괴에 의해 붕괴된다.양성자 대 중성자의 비율이 지나치게 크지도 않고 지나치게 작지도 않은 일부 홀수 방사성핵종의 경우(즉, 최대 안정성의 비율에서 너무 멀리 떨어짐), 이러한 붕괴는 어느 방향으로 진행되어 양성자를 중성자로 바꾸거나 그 반대일 수 있다.예를 들어 Cu는 Ni에 대한64
28
양전자 방출 또는
Zn에 대한 전자 방출에 의해 붕괴될
수 있다.
9개의 원시 홀수 핵종(반감기가 긴 안정 5개와 방사성 4개) 중 N개만이
공통 원소의 가장 일반적인 동위원소이다.이는 CNO 사이클의 일부이기 때문입니다.핵종 Li와
B는 다른 가벼운 원소에 비해 희귀한 원소들의 소수 동위원소이며, 나머지 6개의 동위원소들은 원소들의 자연적 풍부함의 극히 일부만을 차지한다.예를 들어, Ta는
252개의 안정적인 핵종 중 가장 희귀한 것으로 생각됩니다.
원초적(안정적 또는 거의 안정적인) 홀수 핵종 중 지면 상태에서 스핀 0을 가지지 않는다.이는 단일 무쌍 중성자와 무쌍 양성자가 반정렬 대신 스핀이 정렬(최소 1단위 이상의 총 스핀을 생성)될 경우 서로에 대한 핵력 흡인력이 더 크기 때문이다.이 핵 거동의 가장 간단한 예는 중수소를 참조하십시오.
홀수 질량수
주어진 홀수 질량의 경우, 정확히 하나의 베타 안정 핵종이 존재합니다.짝수-짝수-짝수-홀수-짝수-짝수-짝수-짝수-짝수-짝수-짝수-짝수-짝수-짝수-짝수-짝수-짝수-짝수-짝수-짝수-짝수-짝수-짝수-짝수간 결합 에너지 차이는 없으며, 같은 질량수의 다른 핵종이 가장 낮은 핵종을 향해 자유롭게 베타 붕괴할 수 있다.질량수가 147, 151, 209+인 경우, 그 질량수의 베타 안정 이소바는 알파 붕괴를 겪는 것으로 관측되었습니다.(이론적으로 질량수 143~155, 160~162, 165+도 알파 붕괴가 가능합니다.)이로써 총 101개의 안정적인 핵종이 홀수 질량수를 갖게 됩니다.질량수가 홀수인 방사성 원시 핵종(정의상 모두 상대적으로 긴 반감기가 8천만 년 이상)이 9개 더 있다.
홀수 질량수 핵종은 페르미온으로, 즉 반정수 스핀을 가진다.일반적으로 홀수 질량 핵종은 항상 짝수 수의 중성자 또는 양성자를 가지고 있기 때문에 짝수 입자는 보통 0의 스핀으로 핵에서 "핵심"의 일부를 형성합니다.홀수인 핵자(양자든 중성자든)는 핵자가 짝이 된 두 번째 핵자를 형성하며, 대부분의 핵 스핀은 궤도 각 운동량과 마지막 남은 핵자의 스핀 각 운동량에 기인한다.모두 110개의 원시 홀수질량 핵종 중 29개가 스핀 1/2, 30개가 스핀 3/2, 24개가 스핀 5/2, 17개가 스핀 7/2,[citation needed] 9개가 스핀 9/2를 가진다.
홀수질량 안정핵종은 홀수-짝수-중성자와 홀수-짝수-중성자 핵종으로 나뉘는데, 이 핵종은 아래에서 더 자세히 설명된다.
홀수 양성자 짝수 중성자
짝수 중성자로 안정화 된 이 48개의 안정핵종은 홀수 원소의 안정 동위원소 대부분을 형성하고, 극소수의 홀수 핵종은 다른 핵종을 구성한다.에는 Z=1과 81을 통해 30(포함한 수소, 이후 0은 짝수)한 안정적인 홀수 짝수 동위 원손 구성 원소를 테크네튬(43Tc)과 프로메튬(61Pm)은 안정 동위 원소다 41모서 요소와 9개 요소:염소(17Cl), 칼륨(19K), 구리(29Cu), 갈륨(31Ga), 브롬(35Br), 은(47Ag), 있다.안티몬(51Sb)이리듐(
77Ir)과
탈륨(
81Tl
)은 각각 홀수-짝수 안정 동위원소 두 개를 가지고 있다.이는 총 30×1 + 9×2 = 48개의 안정적인 홀수 짝수 동위원소를 만든다.이 유형의 핵종 중 가장 가벼운 예는 H(프로튬)입니다
. 0은 짝수이고 가장 무거운 예는 Tl입니다
.또한 Rb
, In
, Re
, Eu209
83
, Bi의
5가지 원시 장수명 홀수 짝수 동위원소가 있다.마지막 두 마리는 최근에야 부패한 것으로 밝혀졌으며 반감기는 10년 이상이다18.
짝수 양성자, 홀수 중성자
| 붕괴 | 반감기 | |
|---|---|---|
| 113 48CD | 베타. | 7.7×1015 a |
| 147 62SM | 알파 | 1.06×1011 a |
| 235 92U | 알파 | 7.04×108 a |
이 53개의 안정적인 핵종들은 짝수의 양성자와 홀수의 중성자를 가지고 있다.정의상 이들은 모두 짝수 Z 원소의 동위원소이며, 짝수 Z 원소는 약 3배 많은 짝수 동위원소에 비해 소수이다.안정적인 핵종을 가진 41개의 짝수 Z 원소 중 짝수 안정적인 핵종을 가지지 않는 원소는 2개뿐이다.아르곤과 세륨)뿐이다.1개의 원소(주석)는 3개입니다.짝수 핵종이 1개이고 짝수 핵종이 2개 있는 원소는 13개입니다.이런 유형의 핵종의 가장 가벼운 예는 He이고
가장 무거운 것은
Pb입니다.
34개의 원시 방사성핵종 중 핵분열
U를 포함한 3개의 짝수 핵종(오른쪽 표 참조)이 존재한다. 짝수 핵종은 홀수 중성자 번호 때문에 중성자 쌍화 효과에서 발생하는 에너지 때문에 단면이 큰 편이다.
이러한 안정적인 짝수-양성자 홀수-중성자 핵종은 자연에서 풍부하게 존재하기 때문에 흔치 않은 경향이 있다. 이는 일반적으로 원시적 풍요를 형성하고 기여하기 위해서는 중성자 포획을 피해야 하며, 항성의 핵합성 과정에서 중성자 포획의 s 과정과 r 과정 모두에서 다른 안정적인 짝수-짝수 동위원소를 형성해야 하기 때문이다.이러한 이유로 Pt와 Be만이
원소
중 가장 자연적으로 풍부한 동위원소이며, 전자는 아주 작은 차이로, 후자는 예상되는 베릴륨-8이 두 개의 알파 입자보다 결합 에너지가 낮기 때문에 즉시 알파 붕괴되기 때문이다.
홀수 중성자 수
| N | 심지어. | 이상한 |
|---|---|---|
| 안정적인. | 195 | 58 |
| 장수 | 25 | 8 |
| 모두 원시 | 220 | 66 |
중성자 번호가 홀수인 악티니드는 일반적으로 핵분열성(열 중성자)이지만, 짝수 중성자 번호는 고속 중성자와 핵분열성이지만 일반적으로 핵분열성이 아니다.Be
, N
, Pt만이
홀수 중성자 수를 가지며 원소 중 가장 자연적으로 풍부한 동위원소이다.
레퍼런스
- ^ Hult, Mikael; Elisabeth Wieslander, J.S.; Marissens, Gerd; Gasparro, Joël; Wätjen, Uwe; Misiaszek, Marcin (2009). "Search for the radioactivity of 180mTa using an underground HPGe sandwich spectrometer". Applied Radiation and Isotopes. 67 (5): 918–21. doi:10.1016/j.apradiso.2009.01.057. PMID 19246206.
