Гамма-излучение ядер. Электрические и магнитные гамма-переходы

    Изменения состояний атомных ядер, сопровождающиеся испусканием или поглощениемγ-квантов, называют γ-переходами. Примерные границы периодов полураспада для γ-переходов от 10^-19 с до 10¹⁰ лет. Энергии γ-переходов изменяются от нескольких кэВ до нескольких МэВ     Законы сохранения энергии E, момента количества движения (спина) J и четности P приγ-переходах в атомных ядрах требуют выполнения следующих соотношений:

E_i = E_f + E_γ + T_R,  _i =  _f +  ,  P_i = P_fP,

где E_i, E_f,  _i, _f, P_i, P_f  - энергии, спины и четности начального и конечного состояний ядер, E_γ,  , P - энергия, спин и четность фотона, T_R - кинетическая энергия ядра отдачи:

где E₀ = E_i - E_f - энергия  γ-перехода, M_R - масса ядра отдачи.     Полный момент количества движения фотона J называется мультипольностью. Значение спина фотона J_min = 1. Поэтому, полный момент J уносимый фотоном может принимать целочисленные значения 1, 2, ... (кроме нуля).     Различают электрические (EJ)  и магнитные (MJ) переходы. Е1 - электрический дипольный переход, М1 - магнитный дипольный переход, Е2 - электрический квадрупольный переход и т.д.      Для электрических переходов четность определяется соотношением

P = (-1)^J.

    Для магнитных переходов -

P = (-1)^J+1.

  В случае γ-переходов большой диапазон периодов полураспада объясняется сильной зависимостью вероятности  -перехода от энергии и мультипольности переходов. Период полураспада T_1/2γ-переходов зависит от мультипольности перехода J и длины волны излучения  .

Для электрических переходов EJ -	,
для магнитных переходов MJ  -	,

 Ядерная изомерия — существование у некоторых ядер наряду с основным состоянием долгоживущих возбуждённых, метастабильных состояний. Обычно изомерные состояния наблюдаются, когда вблизи основного состояния ядра имеется низковозбуждённое состояние, сильно отличающееся от основного по спину (рис.).

Рис. Схема уровней ⁸⁰Br.

В ядре ⁸⁰Br изомерным состоянием является состояние 85,9 кэВ (J^P = 5^-). Его период полураспада составляет 4,42 часа. Некоторые ядра могут иметь 2–3 изомерных состояния. Периоды полураспада изомерных состояний варьируются от нескольких микросекунд до 3·10⁶ лет (^210mBi). Большое число изомерных состояний наблюдается в нечётных ядрах, в которых число протонов или нейтронов близко к магическим числам N,Z = 50, 82. Причина в заполнении нуклонами одночастичных состояний g_9/2и h_1/2 из-за спин-орбитального взаимодействия, оказывающихся близко по энергии с состояниями с сильно отличающимся значением J g_9/2 - p_1/2, h_11/2 - d_3/2.