이성체 이동

이성질체 이동(이성체 이동이라고도 함)은 원자 스펙트럼 라인과 감마 스펙트럼 라인의 이동으로, 한 핵 이성체를 다른 핵 이성체로 대체한 결과로 발생한다.이것은 보통 원자 스펙트럼 라인에서의 이성체 이동과 뫼스바우어 이성체 이동이라고 불린다.스펙트럼이 초미세 구조인 경우, 변화는 스펙트럼의 무게 중심을 참조한다.이성체 이동은 원자의 핵 구조와 물리적, 화학적 또는 생물학적 환경에 대한 중요한 정보를 제공한다.보다 최근에는 ^[1]자연계의 기본 상수의 시간 변동을 찾는 도구로서 그 효과도 제안되고 있다.

원자 스펙트럼 라인의 이성체 이동

원자 스펙트럼 라인의 이성체 이동은 원자 스펙트럼의 에너지 또는 주파수 이동이며, 한 핵 이성체를 다른 이성체로 대체할 때 발생한다.그 효과는 Richard M.에 의해 예측되었다. 1956년^[2] 와이너(Weiner)의 계산 결과 원자(광학) 분광법으로 측정 가능해야 한다(참조^[3]).1958년에 처음으로 실험적으로^[4] 관측되었다.원자 이성체 이동의^[2][3] 이론은 뫼스바우어 이성체 이동의 해석에도 사용된다.

용어.

이성체의 개념은 화학과 기상학과 같은 다른 분야에서도 나타난다.따라서 이 효과에^[3][2] 전념한 첫 번째 출판물에서는 스펙트럼 라인의 핵 이성질체 이동이라는 이름을 사용했다.뫼스바우어 효과가 발견되기 전 이성체 이동은 원자 스펙트럼만을 참조했다. 이것은 효과의 초기 정의에^[2][3] 원자라는 단어가 없는 것을 설명한다.그 후, 뫼스바우어 효과를 통한 감마 분광학에서도 이성체 이동이 관찰되었으며, 뫼스바우어 이성체 이동이라고 불렸다.이성체 이동의 이력과 사용되는 용어에 대한 자세한 내용은 ^[5][6]를 참조하십시오.

원자 스펙트럼 라인의 동위원소 대 이성체 이동

원자 스펙트럼 라인은 서로 다른 원자 에너지 수준 E 사이의 전자의 천이에 기인하며, 그 후 광자의 방출에 기인한다.원자 수준은 전자와 원자핵 사이의 전자기 상호작용의 징후이다.원자핵이 같은 원소의 서로 다른 동위원소인 두 원자의 에너지 수준은 두 동위원소의 전하 Z가 동일함에도 불구하고 서로 이동한다.이는 동위원소가 중성자의 수에 따라 다르기 때문에 두 동위원소의 질량과 부피가 다르기 때문이다. 이러한 차이는 원자 스펙트럼 라인의 동위원소 변화를 일으킨다.

두 개의 핵 이성체의 경우 양성자 수와 중성자 수는 동일하지만 양자 상태, 특히 두 개의 핵 이성체의 에너지 수준은 다르다.이 차이는 두 이성체의 전하 분포의 차이를 유도하여 대응하는 정전기 핵전위 δ의 차이를 유도하고, 이는 궁극적으로 원자 에너지 수준의 차이로 이어진다.원자 스펙트럼 라인의 이성체 이동은 다음과 같이 주어진다.

$\displaystyle \Delta E=-e\int \display \phi \psi ^{2},d\display,}$

여기서 θ는 전이에 관여하는 전자의 파동 함수, 즉 전하의 e이며, 적분은 전자 좌표에 걸쳐 수행됩니다.

동위원소와 이성질체 이동은 둘 다 핵의 유한한 크기가 그 자체로 나타나는 효과이고 둘 다 전자와 원자의 핵 사이의 전자기 상호작용 에너지의 차이 때문이라는 점에서 유사하다.동위원소 이동은 이성체 이동 이전 수십 년 동안 알려져 있었으며 원자핵에 대한 유용하지만 제한된 정보를 제공했다.이성질체 이동과는 달리, 동위원소 이동은 처음에는 실험에서 발견되었고 그 후 이론적으로 해석되었습니다( 참조).동위원소 이동의 경우 전자와 핵 사이의 상호작용 에너지를 결정하는 것은 비교적 단순한 전자파 문제이지만, 이성체의 경우 핵의 이성체 들뜸과 그에 따라 전하 분포의 차이를 설명하는 강한 상호작용이기 때문에 문제가 더 많이 관여합니다.두 이성체 상태 중 하나죠이러한 상황은 왜 핵 이성체 이동이 더 일찍 발견되지 않았는지 부분적으로 설명한다: 적절한 핵 이론, 특히 핵 껍질 모델은 1940년대 후반과 1950년대 초반에 개발되었다.이러한 변화의 실험적인 관찰에 대해서는, 전이성 핵인 이성질체와의 분광학이 가능한 새로운 기술의 개발을 기다려야 했다.이 역시 1950년대에만 일어났다.

이성질체 이동은 핵의 내부 구조에 민감하지만, 동위원소 이동은 (좋은 근사치로) 그렇지 않다.따라서 동위원소 이동의 조사를 통해 얻을 수 있는 핵물리 정보는 동위원소 이동 연구에서 얻을 수 있는 정보보다 우수하다.예를 들어 들뜬 상태와 지면 상태의 핵 반지름 차이를 통한 측정은 핵 모델의 가장 민감한 시험 중 하나를 구성한다.게다가, 뫼스바우어 효과와 결합되어, 이성체 이동은 현재 물리학 이외에도 많은 다른 분야에서 독특한 도구를 구성한다.

핵껍질 모형

핵껍질 모델에 따르면, 첫 번째 근사치에서는 두 이성질체 상태 사이의 전하 분포의 차이를 추정하기 위해 "광학적" 핵자라고 불리는 단일 핵자를 고려하는 것으로 충분하고 나머지 핵자는 걸러진다.이는 특히 껍질이 거의 닫힌 홀수 양성자 짝수 중성자 핵의 이성질체에 적용된다.효과가 ^[2]계산된 인듐-115가 그러한 예이다.계산의 결과는 원자 스펙트럼 라인의 이성체 이동은 다소 작지만 광학 측정성의 한계를 구성하는 일반적인 자연 선폭보다 2차 큰 것으로 밝혀졌다.

3년^[4] 후 Hg-197에서 측정한 변화는 In-115에 대해 계산한 것에 매우 가까웠지만, Hg-197에서는 In-115와 달리 광학 핵자가 양성자 대신 중성자이고 전자-무중성자 상호작용은 전자-무중성자 상호작용보다 훨씬 작다.이것은 광학핵자가 자유롭지 않고 ^[2]결합입자라는 사실의 결과이다.따라서 결과는 Z^[4]/A의 유효 전하를 홀수 광중성자와 연관시킴으로써 이론^[2] 내에서 설명될^[8] 수 있다.

뫼스바우어 이성질 변화

뫼스바우어 이성질 이동은 감마선 분광학에서 두 개의 서로 다른 물리적, 화학적 또는 생물학적 환경에서 두 개의 서로 다른 핵 이성질 상태를 비교할 때 나타나는 이동이며, 두 개의 핵 이성질 상태 간 무반동 뫼스바우어 전이 및 두 개의 원자 상태 간 전이 결합 효과 때문이다.이 두 가지 환경에 있습니다.

원자 스펙트럼 라인의 이성체 이동은 전자파 함수 δ와 두 이성체 상태의 정전위 δ의 차이 δ에 따라 달라진다.

두 개의 다른 물리적 또는 화학적 환경(다른 물리적 위상 또는 다른 화학적 조합)에서 주어진 핵 이성체의 경우, 전자파 기능도 다르다.따라서 두 핵이성체 상태의 차이로 인한 원자 스펙트럼 라인의 이성질체 이동 위에 두 환경 사이에 이동이 있을 것이다(실험적 배열로 인해 이들은 선원(s)과 흡수체(a)라고 불린다).이 결합된 시프트는 뫼스바워 이성체의 그것은 수학적으로 같은 형식 주의에 의해 원자 스펙트럼 선에를 제외한 핵 이성체의 변화로 묘사된다 한 전자 파동 함수 대신의 소스 ψs에서 전자 파동 함수 사이의 소스 ψs와 전자파 functi의 차이를 다루고 있다.o흡수기 내 n개_a n:

$\displaystyle \Delta E_{\text{Mossbauer}=\Delta E_{\text{a}}=-e\int \phi \phi \phi \{\text{s}^{2}-\psi _{\text{a}}^{\d}.d}.$

뫼스바우어 효과의 도움을 받아 감마 분광학의 이성질체 변화를 최초로 측정한 것은 원자 분광학의 ^[4]첫 번째 실험 관찰 후 2년 후인 1960년에 보고되었다^[9].이러한 변화를 측정함으로써 핵 이성질체 상태와 원자의 물리적, 화학적 또는 생물학적 환경, 전자파 함수에 의해 표현되는 중요하고 매우 정확한 정보를 얻을 수 있다.

뫼스바우어 변종 하에서, 이성체 이동은 원자 물리학, 고체 물리학, 핵 물리학, 화학, 생물학, 야금학, 광물학, 지질학, 달 연구와 같은 다른 영역에서 중요한 응용 분야를 찾아냈다.상세한 것에 대하여는,^[10] 을 참조해 주세요.

핵 이성질체 이동은 뮤온 원자,^[11] 즉 뮤온이 들뜬 핵에 의해 포착되어 들뜬 핵 상태의 수명보다 짧은 시간에 원자 들뜬 상태에서 원자 지면 상태로 이행하는 원자에서도 관찰되었다.

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