Просмотр кода страницы Изобары

{{другие значения|Изобара}}
'''Изоба́ры''' (в ед.ч. '''изоба́р'''; {{lang-grc|ἴσος}} [isos] «одинаковый» + {{lang-grc2|βάρος}} [baros] «вес») — [[нуклиды]] разных элементов, имеющие одинаковое [[массовое число]]; например, изобарами являются [[Аргон-40|<sup>40</sup>Ar]], [[Калий-40|<sup>40</sup>K]], [[Кальций|<sup>40</sup>Ca]]. Термин предложен в 1918 году британским химиком [[Стюарт, Альфред Уолтер|Альфредом Уолтером Стюартом]]<ref>{{статья|автор=Brucer M.|заглавие=Nuclear Medicine Begins with a Boa Constrictor|издание=Journal of Nuclear Medicine|год=1978|том=19|выпуск=|страницы=581—598|ссылка=http://jnm.snmjournals.org/content/19/6/581.full.pdf|doi=|arxiv=|язык=en|archivedate=2019-05-09|archiveurl=https://web.archive.org/web/20190509183540/http://jnm.snmjournals.org/content/19/6/581.full.pdf}}[ ]</ref>.

== В ядерной физике ==

=== Описание ===
Хотя массовое число (то есть число [[нуклон]]ов) {{nobr|{{math|''A'' {{=}} ''N'' + ''Z''}}}} в ядрах-изобарах одинаково, числа [[протон]]ов {{math|''Z''}} и [[нейтрон]]ов {{math|''N''}} различаются: <math>Z_1 \ne Z_2</math>, <math>N_1 \ne N_2</math>. Совокупность нуклидов с одинаковым {{math|''A''}}, но разным {{math|''Z''}} называют изобарической цепочкой. В то время как массовое число изобаров одинаково, их [[атомная масса|атомные массы]] совпадают лишь приближённо. Зависимость атомной массы (или [[избыток массы|избытка массы]]) от {{math|''Z''}} в изобарической цепочке показывает направление возможных [[бета-распад]]ов. Эта зависимость в первом приближении представляет собой параболу (см. [[формула Вайцзеккера]]) — сечение [[долина стабильности|долины стабильности]] плоскостью {{nobr|{{math|''A''}} {{=}} {{math|const}}}}.

Те виды [[радиоактивный распад|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 [[избыток массы|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 ({{math|''Z''}} и {{math|''N''}} чётны) благодаря [[энергия спаривания|энергии спаривания]] имеют бо́льшую [[энергия связи|энергию связи]], чем нечётно-нечётные ядра с тем же массовым числом. Локальные минимумы отличаются зарядом ядра на 2 единицы (<math>\Delta Z = \plusmn 2</math>), 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 [[двойной бета-распад|двойным бета-процессам]], которые являются процессами второго порядка по [[константа связи|константе связи]] [[слабое взаимодействие|слабого взаимодействия]] и поэтому сильно подавлены: [[период полураспада|периоды полураспада]] превышают 10<sup>19</sup> лет. Таким образом, для нечётных {{math|''A''}} существует один бета-стабильный изобар, для чётных {{math|''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 запрета Маттауха — Щукарева|правило Щукарева — Маттауха]], объясняющее, в частности, отсутствие стабильных изотопов у [[технеций|технеция]]<ref>{{статья|заглавие=Изотопы|издание=[[Энциклопедический словарь (Педагогика)|Энциклопедический словарь]] юного химика. 2-е изд.|ответственный=Сост. В. А. Крицман, В. В. Станцо|место={{М}}|издательство=[[Педагогика (издательство)|Педагогика]]|isbn=5-7155-0292-6|год=1990|страницы=89—91}}</ref>.

== Примордиальные изобарные пары и триады ==
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
{| class="standard" style="text-align:center"
 |-
 !№
 !Массовое число
 !Изобарная пара
 !№
 !Массовое число
 !Изобарная пара
 !№
 !Массовое число
 !Изобарная пара
 |-
 |1
 |36
 |<math>\mathsf{_{16}S \ \ _{18}Ar}</math>
 |21
 |104
 |<math>\mathsf{_{44}Ru \ \ _{46}Pd}</math>
 |41
 |152
 |<math>\mathsf{_{62}Sm \ \ _{64}Gd}</math>  (α)
 |-
 |2
 |46
 |<math>\mathsf{_{20}Ca \ \ _{22}Ti}</math>
 |22
 |106
 |<math>\mathsf{_{46}Pd \ \ _{48}Cd}</math>
 |42
 |154
 |<math>\mathsf{_{62}Sm \ \ _{64}Gd}</math>
 |-
 |3
 |48
 |<math>\mathsf{_{20}Ca}</math> (2β<sup>−</sup>) <math>\mathsf{_{22}Ti}</math>
 |23
 |108
 |<math>\mathsf{_{46}Pd \ \ _{48}Cd}</math>
 |43
 |156
 |<math>\mathsf{_{64}Gd \ \ _{66}Dy}</math>
 |-
 |4
 |54
 |<math>\mathsf{_{24}Cr \ \ _{26}Fe}</math>
 |24
 |110
 |<math>\mathsf{_{46}Pd \ \ _{48}Cd}</math>
 |44
 |158
 |<math>\mathsf{_{64}Gd \ \ _{66}Dy}</math>
 |-
 |5
 |58
 |<math>\mathsf{_{26}Fe \ \ _{28}Ni}</math>
 |25
 |112
 |<math>\mathsf{_{48}Cd \ \ _{50}Sn}</math>
 |45
 |160
 |<math>\mathsf{_{64}Gd \ \ _{66}Dy}</math>
 |-
 |6
 |64
 |<math>\mathsf{_{28}Ni \ \ _{30}Zn}</math>
 |26
 |113
 |<math>\mathsf{_{48}Cd}</math> (β<sup>−</sup>)<math>\mathsf{_{49}In}</math>
 |46
 |162
 |<math>\mathsf{_{66}Dy \ \ _{68}Er}</math>
 |-
 |7
 |70
 |<math>\mathsf{_{30}Zn \ \ _{32}Ge}</math>
 |27
 |114
 |<math>\mathsf{_{48}Cd \ \ _{50}Sn}</math>
 |47
 |164
 |<math>\mathsf{_{66}Dy \ \ _{68}Er}</math>
 |-
 |8
 |74
 |<math>\mathsf{_{32}Ge \ \ _{34}Se}</math>
 |28
 |115
 |<math>\mathsf{_{49}In}</math> (β<sup>−</sup>) <math>\mathsf{_{50}Sn}</math>
 |48
 |168
 |<math>\mathsf{_{68}Er \ \ _{70}Yb}</math>
 |-
 |9
 |76
 |<math>\mathsf{_{32}Ge}</math> (2β<sup>−</sup>) <math>\mathsf{_{34}Se}</math>
 |29
 |116
 |<math>\mathsf{_{48}Cd}</math> (2β<sup>−</sup>) <math>\mathsf{_{50}Sn}</math>
 |49
 |170
 |<math>\mathsf{_{68}Er \ \ _{70}Yb}</math>
 |-
 |10
 |78
 |<math>\mathsf{_{34}Se \ \ _{36}Kr}</math> (2ε)
 |30
 |120
 |<math>\mathsf{_{50}Sn \ \ _{52}Te}</math>
 |50
 |174
 |<math>\mathsf{_{70}Yb \ \ _{72}Hf}</math> (α)
 |-
 |11
 |80
 |<math>\mathsf{_{34}Se \ \ _{36}Kr}</math>
 |31
 |122
 |<math>\mathsf{_{50}Sn \ \ _{52}Te}</math>
 |51
 |184
 |<math>\mathsf{_{74}W \ \ _{76}Os}</math> (α)
 |-
 |12
 |82
 |<math>\mathsf{_{34}Se}</math> (2β<sup>−</sup>) <math>\mathsf{_{36}Kr}</math>
 |32
 |123
 |<math>\mathsf{_{51}Sb \ \ _{52}Te}</math>
 |52
 |186
 |<math>\mathsf{_{74}W \ \ _{76}Os}</math> (α)
 |-
 |13
 |84
 |<math>\mathsf{_{36}Kr \ \ _{36}Sr}</math>
 |33
 |126
 |<math>\mathsf{_{52}Te \ \ _{54}Xe}</math>
 |53
 |187
 |<math>\mathsf{_{75}Re}</math> (β<sup>−</sup>) <math>\mathsf{_{76}Os}</math>
 |-
 |14
 |86
 |<math>\mathsf{_{36}Kr \ \ _{38}Sr}</math>
 |34
 |128
 |<math>\mathsf{_{52}Te}</math> (2β<sup>−</sup>) <math>\mathsf{_{54}Xe}</math>
 |54
 |190
 |<math>\mathsf{_{76}Os \ \ _{78}Pt}</math> (α)
 |-
 |15
 |87
 |<math>\mathsf{_{37}Rb}</math> (β<sup>−</sup>) <math>\mathsf{_{38}Sr}</math>
 |35
 |132
 |<math>\mathsf{_{54}Xe \ \ _{56}Ba}</math>
 |55
 |192
 |<math>\mathsf{_{76}Os \ \ _{78}Pt}</math>
 |-
 |16
 |92
 |<math>\mathsf{_{40}Zr \ \ _{42}Mo}</math>
 |36
 |134
 |<math>\mathsf{_{54}Xe \ \ _{56}Ba}</math>
 |56
 |196
 |<math>\mathsf{_{78}Pt \ \ _{80}Hg}</math>
 |-
 |17
 |94
 |<math>\mathsf{_{40}Zr \ \ _{42}Mo}</math>
 |37
 |142
 |<math>\mathsf{_{58}Ce \ \ _{60}Nd}</math>
 |57
 |198
 |<math>\mathsf{_{78}Pt \ \ _{80}Hg}</math>
 |-
 |18
 |98
 |<math>\mathsf{_{42}Mo \ \ _{44}Ru}</math>
 |38
 |144
 |<math>\mathsf{_{60}Nd}</math> (α) <math>\mathsf{_{62}Sm}</math>
 |58
 |204
 |<math>\mathsf{_{80}Hg \ \ _{82}Pb}</math>
 |-
 |19
 |100
 |<math>\mathsf{_{42}Mo}</math> (2β<sup>−</sup>) <math>\mathsf{_{44}Ru}</math>
 |39
 |148
 |<math>\mathsf{_{60}Nd \ \ _{62}Sm}</math> (α)
 |
 |
 |
 |-
 |20
 |102
 |<math>\mathsf{_{44}Ru \ \ _{46}Pd}</math>
 |40
 |150
 |<math>\mathsf{_{60}Nd}</math> (2β<sup>−</sup>) <math>\mathsf{_{62}Sm}</math>
 |
 |
 |
 |}

; Примордиальные изобарные триады
{| class="standard" style="text-align:center"
 |-
 !№
 !Массовое число
 !Изобарная триада
 |-
 |1
 |40
 |<math>\mathsf{_{18}Ar \ \ _{19}K}</math> (β<sup>+</sup>, β<sup>−</sup>, ε) <math>\mathsf{_{20}Ca}</math>
 |-
 |2
 |50
 |<math>\mathsf{_{22}Ti \ \ _{23}V}</math> (β<sup>+</sup>, β<sup>−</sup>) <math>\mathsf{_{24}Cr}</math>
 |-
 |3
 |96
 |<math>\mathsf{_{40}Zr}</math> (2β<sup>−</sup>) <math>\mathsf{_{42}Mo  \ \ _{44}Ru}</math>
 |-
 |4
 |124
 |<math>\mathsf{_{50}Sn \ \ _{52}Te  \ \ _{54}Xe}</math> (2ε)
 |-
 |5
 |130
 |<math>\mathsf{_{52}Te}</math> (2β<sup>−</sup>) <math>\mathsf{_{54}Xe  \ \ _{56}Ba}</math> (2ε)
 |-
 |6
 |136
 |<math>\mathsf{_{54}Xe}</math> (2β<sup>−</sup>) <math>\mathsf{_{56}Ba  \ \ _{58}Ce}</math>
 |-
 |7
 |138
 |<math>\mathsf{_{56}Ba \ \ _{57}La}</math> (ε, β<sup>−</sup>) <math>\mathsf{_{58}Ce}</math>
 |-
 |8
 |176
 |<math>\mathsf{_{70}Yb \ \ _{71}Lu}</math> (β<sup>−</sup>) <math>\mathsf{_{72}Hf}</math> 
 |-
 |9
 |180
 |<math>\mathsf{_{72}Hf \ \ _{73}Ta}</math> (изомер) <math>\mathsf{_{74}W}</math> (α)
 |}

== В масс-спектрометрии ==
В [[масс-спектрометрия|масс-спектрометрии]] изобарами называются как ядра с одинаковым массовым числом, так и молекулы с (приблизительно) одинаковой молекулярной массой. Так, молекулы <sup>16</sup>O<sup>1</sup>H<sup>2</sup>H ([[тяжёлая вода#Полутяжёлая вода|полутяжёлой воды]]) являются молекулярными изобарами к атому [[фтор|<sup>19</sup>F]]. 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. также ==
* [[Изотопы]]
* [[Изотоны]]

== Примечания ==
{{Примечания}}

== Литература ==
* {{книга |автор = Б. М. Яворский, А. А. Детлаф, А. К. Лебедев|часть = |заглавие = Справочник по физике|оригинал = |ссылка = |ответственный = |издание = |место = М.|издательство = «ОНИКС», «Мир и Образование»|год = 2006|том = |страницы = |страниц = 1056|серия = |isbn = 5-488-00330-4|тираж = 7000}}
{{wiktionary|изобар}}

[[Категория:Ядерная физика]]
[[Категория:Нуклиды]]