Влияние химического состояния атома на ядро

[StPeterkus]

кароче, расскажу я вам историю одну. на втором курсе химфака подвалил ко мне один предприимчивый товарищ и попросил очистить красную ртуть. принес какие-то бумажки, типа сертификатов с надписью "СОВ СЕкретно, для внутреннего пользования и пр". кароче, там красная ртуть - это антимонат ртути. был он в ампуле запаянной, грамм на 10. Применяют его в атомной промышленности для стабилизации процессов распада ядер. вот такая история.

[Serge]

1. Как антимонат ртути может влиять на распад радиоактивных ядер?
2. Что такое "стабилизация процессов распада ядер"?
3. Атомная промышленность обращается с просьбой очистки вещества к студенту второго курса с протоколами с грифом "СС" и "ДСП"???
4. Мне становится по-профессиональному интересно, ей-богу! Химия влияет на физические процессы в ядре? Оччень интересно!

[Arkhimed]

Мне становится по-профессиональному интересно, ей-богу! Химия влияет на физические процессы в ядре? Оччень интересно!

Химическое окружение атома влияет на структуру атомного ядра, и в случае нестабильных ядер изменяет время полураспада.

Пример из книги (если очень интересно, сообщу позже точную ссылку): период полураспада радиоактивного бериллия в Be*F2 отличается на 0.1% по сравнению с металлическим Be*.

[Serge]

гм.. но какое отношение это имеет к энергетике, где используют распад ядер урана? да и тем более речь идет об оксиде урана, так что антимонат, как мне кажется, тут совершенно ни при чем.

[Nord]

Приведенный пример с бериллием - единственный, поскольку сочетание факторов - тип распада - К-захват и чувствительность внутренней оболочки (следствие малого числа электронов) к химическому окружению - уникально.

А химия может КОСВЕННО влиять на процессы, например, деления. Ведь, если, скажем, уран 235 связан в химическое соединение, то, во-первых, разная плотность означает разное количество атомов урана в единице объема, во-вторых, легкие атомы эффективно замедляют нейтроны...
В итоге, имеем зависимость скорости деления ядер от химической формы вещества,в виде которой находится уран в реакторе...

[ИЛИЯ]

"Красная ртуть" никакого отношкения к ртути не имеет, это кодовое название для какого-то радиоактивного материала.

[Andy]

Nord:

Приведенный пример с бериллием - единственный, поскольку сочетание факторов - тип распада - К-захват и чувствительность внутренней оболочки (следствие малого числа электронов) к химическому окружению - уникально.

Отнюдь! Существенное влияние химического состояния атома на постоянную распада (для Э.З. или И.П.) ядра экспериментально наблюдалось по крайней мере для следующих изотопов:
Be-7, Cr-51, Fe-52, Fe-57m, Cu-64, Ge-71, Nb-90m, Tc-99m, In-115m, Sn-113, Sn-117m, Sn-119m, Te-125m, I-123, I-125, U-235m.
В атомах последних - электронов ОЧЕНЬ-ОЧЕНЬ много !

Добавлю, что этот эффект используется в мессбауэровской спектроскопии для расчета изменения электронной плотности на ядре (методы "дельта лямбда на лямбда" и "дельта I на I"); изучения вероятности ядерных превращений по конкурирующим каналам; в исследованиях химического состояния горячих атомов и пр...

[Nord]

пока я читал первую часть ответа, думал, что, скорее всего, в таких элементах изменение времени полураспада можно заметить только в экспериментах с резонансным поглощением.
Дочитав, вижу, что был прав.
Вопрос ведь в том, что, если я правильно понимаю, величина эффекта настолько мала, что заметить его можно только в аналогичном эксперименте, следовательно измеряются не величины времен полураспада, а относительное положение уровней энергии ядра. Нет, конечно положение уровней косвенно связаны с временем полураспада, но напрямую с ним связано не положение уровней, а ширина и высота барьера распада. В итоге, я хотел бы подчеркнуть, что пример бериллия в этом смысле уникален - меняется вероятность появления электрона вблизи ядра, причем относительно сильно, так, что это заметно в "макроскопических" масштабах...

[Andy]

в таких элементах изменение времени полураспада можно заметить только в экспериментах с резонансным поглощением.

Нет-нет. Вы действительно не правильно поняли (или я плохо объяснил ). В двух словах:

1. Метод "дельта лямбда на лямбда".
Измеряют временную зависимость активности изотопа в двух образцах, отличных по хим. составу. Измерения проводят долго. Определяют среднее время жизни нуклида (тау). Находят постоянную распада лямбда=1/тау. Получают небольшое различие (до 0,2%).

2. Метод "дельта I на I". Измеряют интенсивность гамма-излучения (в основном), следующее за ядерной трансформацией. Можно показать, что I пропорциональна вероятности распада. Проводят ред-окс реакцию, снова измеряют интенсивность. Получают разницу.

я хотел бы подчеркнуть, что пример бериллия в этом смысле уникален - меняется вероятность появления электрона вблизи ядра, причем относительно сильно, так, что это заметно в "макроскопических" масштабах...

По поводу уникальности этого эффекта в бериллии, я с Вами не соглашусь. Изменения в валентной области атома всегда приводят к изменению энергий внутренних орбиталей (атома), в том числе и s- и p1/2-орбиталей, участвующих в ядерных процессах (К-захват, И.П.). Именно следствием этого и является "химическая" зависимость характеристик распада нуклида.

[Nord]

Согласен, согласен, спорить не о чем. Но именно в бериллии изменение в ВАЛЕНТНОЙ оболочке наиболее сильно сказываются на свойства остовных электронов.
Раз Вы уж обладаете количественными данными, не могли бы Вы привести величины дельта лямбда/ лямбда для ряда нуклидов в порядке увеличения атомного номера?

[Andy]

Раз Вы уж обладаете количественными данными, не могли бы Вы привести величины дельта лямбда/ лямбда для ряда нуклидов в порядке увеличения атомного номера?

Вопрос в том, как нормировать эти данные: изменение постоянной распада при изменении валентности атома на единицу; на один валентный электрон и т.д...
Из общих соображении, действительно, с увеличением Z, эффект должен уменьшаться, но:

Результат, полученный для случая изомерного состояния в ядре ниобия-90, остается до сих пор одним из самых высоких значений дельта лямбда / лямбда, обусловленных изменением химического состояния радиоактивных атомов: (3.6+-0.4)*10^-2.

Из диссертации Еремина В.В. Л., ЛГУ, 1981г. Гриф "ДСП".
Возможно, это связано с какими-то твердотельными эффектами...

[Nord]

Блин... только хотел оговориться, что результаты по ядерным изомерам лучше не учитывать...
Мне кажется, что, поскольку ядерные изомеры часто имеют сильно отличающуюся от сферической симметрию ядра, то градиент электрического поля на протяжении ядра очень велик, и, следовательно, следует ожидать высокой чувствительности положения и высоты барьера распада к изменению электрического поля, создаваемая электронными оболочками... Впрочем, это только мои предположения, я не занимаюсь профессионально теорией стороения атомного ядра

[Andy]

Вполне разумная гипотеза!

Нашел две относительно свежие статьи:
1. Бондаревский С.И., Еремин В.В., Скоробогатов Г.А.: Новые экспериментальные данные о влиянии внеядерных факторов на вероятность радиоактивного распада. Радиохимия. 2002, т. 44, с. 49.
2. Бондаревский С.И., Мастеров В.Ф., Насрединов Ф.С., Серегин Н.П., Серегин П.П.: Валентные состояния атомов меди в металлоксидах меди, определенные по изменению постоянной электронного захвата Cu-64. Физика твердого тела, 1998, т. 40, с. 1793.

Если Вам интересно, с удовольствием поделюсь электронными версиями статей, пишите на мыло.