Ядра, содержащие магическое
число нейтронов или протонов, т.е. 2, 8, 20, 50, 82, 126 (только для нейтронов),
обладают повышенной удельной энергией связи по сравнению с «соседними» ядрами,
являются сферически симметричными (имеют нулевой электрический квадрупольный момент),
имеют большую распространенность в природе. Нуклиды с магическими ядрами имеют
наибольшее число стабильных изотопов и изотонов. Ядра с магическими числами N
поглощают нейтроны с вероятностью, меньшей в 10 ÷ 100 раз, чем ядра с близкими
значениями N.
Периодичность изменения этих и ряда других свойств ядер при изменении A
и Z
напоминает периодическое изменение свойств атомов от числа содержащихся в них
электронов. Это наводит на мысль о наличии в ядрах устойчивых заполненных оболочек
подобно тому, как это имеет место в атомах, где магическими являются числа 2,
10, 18, 36, 54, 86 для электронов в заполненных оболочках инертных газов. В обоих
случаях физической причиной периодичности является принцип Паули (см. §1.11).
Основной недостаток обычной рентгеновской диагностики
сердца связан с необходимостью введения контрастного вещества в вену для получения
контрастного изображения
Современная модель
атома строится в предположении о независимом (от других электронов) движении электрона
в центральном электрическом поле. Поэтому можно предположить, что периодичность
в свойствах ядер удастся объяснить в модели независимых частиц. Но ядро состоит
из сильно взаимодействующим между собой нуклонов и, в отличие от модели атома,
сама идея модели независимых частиц на первый взгляд представляется спорной.
Метастабильньми состояния ядер
Время жизни ядер в возбужденных
состояниях колеблется в пределах 10‑14 ÷ 10-7с.
В редких случаях сочетания низкой энергии с высокой степенью запрета перехода
могут наблюдаться возбужденные состояния с временами жизни макроскопического
порядка, измеряемые секундами, часами, а иногда и годами. Такие состояния
называют метастабильньми, а соответствующие уровни энергии – изомерными
уровнями. Ядронуклидав
метастабильном состоянии и это же ядро в основном энергетическом состоянии
образуют изомерную пару, ядра которой называются изомерами.Часто
изомером называют возбужденное метастабильное ядро из изомерной пары.
Ядерные изомеры наблюдаются как среди стабильных, так и преимущественно
среди β-активных
нуклидов. У стабильного нуклида один из изомеров стабилен, а второй распадается
с испусканием γ-кванта. Но у β-
активного нуклида изомерный уровень не обязательно обращается в основное
состояние с испусканием γ-кванта, а может претерпевать β-распад
со своим типом и периодом полураспада, отличными от характеристик распада
основного состояния. Различие во временах жизни ядер изомерной пары может
изменяться в широких пределах от долей секунды до многих лет.
Как
правило, изомерное состояние относится к первому возбужденному уровню ядра. Обычно
изомерные ядра – ядра с числами нуклонов от 30 до 49, от 69 до 81 и от 111до 125
(только для нейтронов), т.е. при числах протонов и нейтронов, предшествующих магическим
числам 50, 82, 126.Такое распределение изомеров
находится в хорошем согласии с моделью оболочек (§2.3).В
этих областях значений N или Z
оболочечные уровни, близкие друг к другу по энергии, сильно различаются значениями
спинов, так как принадлежат состояниям с разными значениями главных квантовых
чисел. (см. рис. 2.3.2). Например, ядро 
у
которого не хватает одного протона до Z = 50
(т.е. для замыкания соответствующей оболочки – см. §2.3), имеет в основном состоянии
характеристику 9/2+, а первый возбужденный уровень имеет энергию 336
кэВ с характеристикой 
.
Переход между этими уровнями может происходить, согласно правилам отбора по спину
и четности, лишь при испускании g-кванта
М4 и запрещен настолько, что среднее время жизни возбужденного уровня оказывается
равным 14,4 часа.