Словарь и короткий справочник физической терминологии (стр. 8 )

212

различию в массах ч-ц одного изотопич. мультиплета.

И. и. представляет собой часть бо­лее широкой приближённой симметрии сильного вз-ствия — унитарной сим­метрии SU (3). См. Элементарные частицы.

.

ИЗОТОПИЧЕСКИЙ  МУЛЬТИПЛЕТ,

см.  в  ст.  Изотопическая  инвариант­ность.

ИЗОТОПИЧЕСКИЙ СПИН  (изоспин, I), одна из внутр. хар-к (квант. чи­сел) адронов, определяющая число за­рядовых состояний адрона (или число ч-ц n в изотопич. мультиплете): n=2I+1. См. Изотопическая инвари­антность.

ИЗОТОПИЧЕСКИЙ ЭФФЕКТ, зави­симость критич. темп-ры Тк сверхпроводящего металла от его изотоп­ного состава; Тк возрастает при умень­шении ср. ат. массы М в-ва. Для ряда металлов при этом выполняется соот­ношение Тк •M1/2=const. э. наблюдался в 1950; было уста­новлено, что у изотопа 198Hg Tк=-4,156 К, а у чистой ртути, имеющей естеств. изотопный состав со ср. ат. массой 200,6, Tк=4,177 К. Иссле­дования показали также, что одно­временно с Тк изменяется критиче­ское магнитное поле Hк,0 (при Т→0 К), по отношение Нк,0/Тк для разных изотопов данного сверхпроводящего металла остаётся постоянным. И. э. свидетельствует, что сверхпроводи­мость связана с массой образующих решётку ч-ц и обусловлена вз-ствием эл-нов с фононами (колебаниями ре­шётки).

ИЗОТОПНАЯ ХРОНОЛОГИЯ, опре­деление абс. возраста горных пород, минералов, следов древних человече­ских культур и в целом Земли по на­коплению в них продуктов распада радионуклидов (см. Радиоактивность). х. принадлежит франц. физи­ку П. Кюри и англ. физику Э. Резер­форду. х. учитывают, что радио-акт. распад каждого радионуклида происходит с пост. скоростью и при­водит к накоплению конечных ста­бильных нуклидов, содержание к-рых D связано с возрастом t исследуемого объекта соотношением: D = P(eλt-1), где Р — число атомов радионуклида, К — постоянная распада. Отсюда воз­раст t равен

t =1/λlln(1+D/P).

В И. х. наиб. распространены свин­цовый, аргоновый, стронциевый и углеродный методы. В первом исполь­зуется накопление радиогенного свин­ца в результате распадов 238U→206Pb;

235U→207Pb  и  232Th→208Pb  (см.  радиоактивные ряды). Аргоновый ме­тод основан на радиогенном накопле­нии Ar в калиевых минералах (40КЭЗ → 40Ar, где эз — электронный захват). Стронциевый метод основан на бета-

распаде 87Rbβ-→ 87Sr. Для оценки воз­раста объектов меньше чем 60 000 лет

используется радиоуглеродныи метод. В земной атмосфере под действием нейтронов косм. лучей идёт яд. ре­акция: 14N(n, p) l4C. В результате воздух, растения и животные содер­жат радионуклид 14С (T1/2=5700 лет) в определённой и постоянной (в ра­счёте на 1 моль атомов С) концентра­ции. В мёртвых организмах обмен с атмосферой прекращается, и содер­жание 14С постепенно падает. По концентрации 14С можно установить возраст органич. остатков.

ИЗОТОПНЫЕ ИНДИКАТОРЫ (мече­ные атомы), вещества, имеющие отлич­ный от природного изотопный состав, используемые в кач-ве «метки» при исследовании разл. процессов (в т. ч. в живом организме). и. был предложен венг. радиохимиком Д. Хевеши и нем. химиком Ф. Панетом (1913). В кач-ве изотопной «метки» чаще используются радиоакт. изотопы, к-рые могут быть легко об­наружены и измерены количественно. Реже используются стабильные изо­топы, техника обнаружения к-рых сложна (см. Mace-спектроскопия). В кач-ве радиоакт. «меток» применяют нуклиды: 3Н, 14С, 32Р, 35S, 45Ca, 59Fe, 60Со, 89Sr,95Zr, 95Nb, 110mAg, 131I и др. Выбор радионуклида определяется гл. обр. периодом его полураспада, ти­пом и энергией излучения. Для обна­ружения излучения используют обыч­но газоразрядные счётчики, сцинтилляционные счётчики, ядерные фото­графические эмульсии (см. Авторадио­графия) и др. детекторы ч-ц. С по­мощью И. и. изучают распределение в-в в системе и пути их перемещения. В этих случаях И. и. вводят в систему и через определ. промежутки времени устанавливают их наличие в разл. частях системы. Для количеств. ана­лиза пользуются, напр., методом изотопного разбавления, при к-ром к анализируемой пробе добав­ляют порцию меченого в-ва и по сте­пени его разбавления судят о содержа­нии анализируемого в-ва в пробе. и. в определ. место моле­кулы делает различимыми атомы од­ного элемента и позволяет выяснить механизм хим. реакций и структуру молекул. и. широко исполь­зуется в физике, химии, биологии (процессы синтеза и распада хим. сое­динений в живой клетке, обмена в-в и др.), в технике, медицине (изотоп­ная диагностика) и др.

• В а н г Ч., У и л л и с Д., Радиоиндика­торный метод в биологии, пер. с англ., М., 1969; Радиоактивные индикаторы в химии. Основы метода, 2 изд., М., 1975; Радиоактив­ные индикаторы в химии, М., 1977.

ИЗОТОПОВ РАЗДЕЛЕНИЕ, выделе­ние отд. изотопов из естественной их смеси или обогащение смеси отд. изо­топами. Первые попытки И. р. про­изводились гл. обр. для обнаружения изотопов у стабильных элементов, для точного измерения массы их атомов и относит. содержания (см. Масс-спектроскопия). В 30-х гг. фундам. ис­следования в области яд. физики потребовали получения изотопов, что тогда даже в кол-вах порядка неск. мг являлось сложной задачей. Выде­лялись лишь небольшие кол-ва обо­гащённых смесей изотопов лёгких эле­ментов. Только дейтерий начал про­изводиться в пром. масштабах. Даль­нейшее развитие техники И. р. было обусловлено появлением ядерных реак­торов, для к-рых требовался U, обо­гащённый 235U (см. Ядерное топливо). Существует множество методов И. р. Все они основаны на различиях в св-вах изотопов и их соединений, свя­занных с различием масс их атомов. Для большинства элементов относит. разность масс изотопов весьма мала, что определяет сложность задачи. Эф­фективность методов И. р. характе­ризуется коэфф. разделения α. Для смеси двух изотопов он равен:

где с' и 1-с' — относит. содержания лёгкого и тяжёлого изотопов в обо­гащённой смеси, а с" и 1-с" — в ис­ходной смеси. Если а лишь немного больше единицы, то операцию И. р. приходится многократно повторять; только при эл.-магн. разделении α>>1 (см. ниже).

Газовая диффузия через пористые перегородки. Газообразное соединение разделяемого элемента при достаточно низких давлениях (~10-3 мм рт. ст.

Рис. 1. Схема устройства для разделения изотопов методом газовой диффузии.

или ~0,1 Па) прокачивается через пористую перегородку (рис. 1). Лёгкие молекулы диффундируют через пе­регородку быстрее тяжёлых. В ре­зультате газ обогащается лёгкой ком­понентой по одну сторону перегородки и тяжёлой — по другую. Если разница в массах мала, то необходимо повто­рять процесс неск. тыс. раз. Этот ме­тод используется на спец. газодиффуз. заводах для обогащения U (в виде газообразного UF6) изотопом 235U (α~1,0043). Для получения нужной концентрации 235U требуется ок. 4000 операций разделения.

Диффузия в потоке пара (масс-диф­фузия). И. р. происходит в цилиндрич. сосуде (колонне), перегороженном вдоль оси диафрагмой, содержащей ок. 103 отверстий на 1 см2 (рис. 2). Га­зообразная изотопная смесь движется навстречу потоку вспомогат. пара. Вследствие перепада концентраций газа и пара в поперечном сечении ци-

213

линдра и большего коэфф. диффузии для более лёгких молекул происходит обогащение лёгким изотопом части газа, прошедшего сквозь поток пара в левую часть цилиндра. Обогащённая часть выводится из верхнего цилиндра вместе с осн. потоком пара, а остав­шаяся в правой половине часть газа

Рис. 2. Схема устройства для разделения изотопов методом противопоточной масс-диффузий.

движется вдоль диафрагмы и выводит­ся из аппарата. Пар конденсируется и отделяется от смеси изотопов. Про­цесс может осуществляться много­кратно. В лаб. условиях получают до 1 кг изотопов Ne, Ar, С, Kr, S. Термодиффузия. Разделит. колонка состоит из двух коаксиальных труб, поддерживаемых при разных темп-pax (рис. 3), между к-рыми на­ходится газообразное в-во. Разность темп-р ΔT создаёт вертик. конвекц. поток газо­вой смеси и одновре­менно вызывает непре­рывно идущее попе­речное термодиффуз. разделение изотопов

Рис. 3. Схема термодиф­фузионной разделит. ко­лонки.

(см. Конвекция, Термодиффузия). Вследствие этого более лёгкие изотопы накапливаются у горячей поверх­ности внутр. трубы и движутся вверх. Коэфф. разделения α=1+γΔТ/Т, где γ — постоянная термодиффузии, зависящая от относит. разности масс изотопов, а Т=(Т1+Т2)/2. Этим ме­тодом были получены Не с содержа­нием 0,2% 3Не (в природной смеси — 1,5*10-5%), изотопы 18О, 15N, 13C,