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Lo que hace que el torio-229 de la transición nuclear especial?

Torio-229 tiene una famosa isómero con una energía de excitación de sólo alrededor de 7,8 eV. Como deduzco de la página de la wikipedia, esta transición fue descubierto esencialmente por accidente de espectroscopia de rayos gamma. Ha llegado el reloj de los gurús de todo emocionado recientemente como un posible camino a una muy precisa nuclear reloj.

Esta transición tiene dos propiedades que lo hacen atractivo como un reloj de transición candidato: es bajo en energía para una transición nuclear, y tiene una anchura de línea estrecha. Tengo un par de preguntas acerca de esta transición:

  1. Qué se entiende teóricamente por qué esta transición tiene esas propiedades?
  2. Con qué clase de confianza de hacerlo creemos que no hay ningún otro nucleares transiciones que presentan estas propiedades?
  3. ¿Cuáles son los siguiente a la de menor energía nucleares conocidas las transiciones?

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Joe Liversedge Puntos 2134

La existencia de una baja energía del estado excitado es esencialmente aleatoria. Esta es una extraña núcleo (incluso Z, impar N), por lo que las zonas bajas de los estados corresponden a diferentes estados de la impar de neutrones. El espaciado de energía de una sola partícula de estados de un núcleo de este tamaño es probablemente en algún lugar en el orden de 10 a 100 keV, y cuando estas sola partícula de niveles diferentes en el giro o paridad (de modo que no puedan interactuar), el espacio entre ellos es esencialmente aleatoria. Porque no hay vinculación, las energías de los estados excitados del núcleo son los quasiparticle energías, no la de una sola partícula de energías, y para bajas de los estados, estas energías que tienden a ser muy cercanas (que son todos casi iguales a la par de la brecha). Por lo tanto, se podría esperar que las diferencias de energía entre las sucesivas bajas de los estados con diferentes spin-paridad a estar en el orden de 10 keV. Si usted va a la ENSDF de la base de datos y buscar 229a, esto parece bastante en el caso de la media.

La energía de excitación de este isómero es de aproximadamente 1000 veces más pequeñas que 10 keV. Eso es probablemente sólo pura suerte. De mil impar núcleos en esta misa de la región, probablemente sería esperar a ver que aproximadamente uno con un estado excitado tan bajo en energía como de 10 eV.

El estado parece tener una vida útil de horas, y su electromagnética de la decadencia de la rama sería un dipolo (probablemente dipolo magnético, M1). Atómica, las transiciones son generalmente de dipolos eléctricos (E1). Ignorando la distinción entre eléctrico y magnético de la radiación del dipolo, básicamente, esperamos que la radiación del dipolo a una parte de la mitad de la vida que se va como $d^{-2}\omega^{-3}$ donde $d$ el (dinámico) momento dipolar y $\omega$ es la frecuencia de la transición. Típico vidas de los núcleos de decaimiento gamma emisión de nanosegundos, pero el muy pequeño $\omega$ de esta transición podría darle una muy baja tasa de transición para electromagnético de la caries.

La anchura de línea estrecha es de suponer que la "estrecha" en comparación con la atómica de los decaimientos de una similar (UV) de la energía. Supongo que la idea aquí es que el ancho de línea es $h/\tau$ donde $\tau$ es la vida, y la vida de este estado es muy largo en comparación con los típicos vidas de los estados atómicos, debido a la mucho más pequeño momento dipolar de un núcleo en comparación con el de un átomo. Hay estados atómicos que son de muy larga duración debido a reglas de selección. Sin embargo, como se señaló en un comentario por Akhmeteli, nucleares, los estados tienen la ventaja de que son más fáciles de escudo contra los campos externos.

Con qué clase de confianza de hacerlo creemos que no hay ningún otro nucleares transiciones que presentan estas propiedades?

Probablemente hay un montón de otros, pero no sabemos que existen. Tarda mucho suerte para detectar estados como esta. Los rayos gamma de transición de la tasa es muy baja, por lo que normalmente usted no sólo ser capaz de detectar el estado por espectroscopia de rayos gamma.

Probablemente una propiedad importante de este isótopo para el tecnológico, a los efectos de que estamos hablando es de que puede ser producido en cantidades macroscópicas en un reactor.

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akhmeteli Puntos 10362

Parece del mundo, el segundo más bajo de energía isómero es el uranio-235m, su energía es actualmente conocido como el 76,8 ± 0,5 eV (https://ldrd-annual.llnl.gov/ldrd-annual-2015/nuclear/lowest).

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