Правило запрета Маттауха — Щукарева

Правило запрета Маттауха — Щукарева (правило Маттауха) — одна из закономерностей ядерной физики, замеченная в 1920-х годах советским химиком С. А. Щукаревым и окончательно сформулированная в 1934 году немецким физиком Йозефом Маттаухом (нем.).

Суть правила заключается в том, что в природе не могут существовать два стабильных изобара, заряды ядра которых отличаются на единицу. Другими словами, если у какого-либо химического элемента есть устойчивый изотоп, то его ближайшие соседи по таблице не могут иметь устойчивых изотопов с тем же массовым числом.

Правило объясняет, в частности, отсутствие стабильных изотопов у технеция несмотря на то, что он находится в таблице Менделеева задолго до свинца: соседние с ним молибден и рутений имеют стабильные изотопы с массовыми числами 92, 94, 95, 96, 97, 98, 100 и 96, 98, 99, 100, 101, 102, 104, соответственно.

Исключением из правила являются три пары изотопов. Одна из этих пар образована стабильными изотопами ¹²³Sb и ¹²³Te. В действительности же ¹²³Te не является бета-стабильным, он должен распадаться посредством электронного захвата в ¹²³Sb, однако этот процесс пока не обнаружен ввиду чрезвычайно большого периода полураспада — распад подавлен из-за малости энергии бета-перехода (53 кэВ) и существенного различия спинов материнского и дочернего ядра (¹⁄₂ и ⁷⁄₂, соответственно). Две другие изобарные пары соседей, в которых пока не обнаружен бета-распад, образованы метастабильным танталом-180m, это пары ¹⁸⁰Hf—^180mTa и ^180mTa—¹⁸⁰W. Тантал-180m является единственным метастабильным нуклидом (изомером), существующим в природной изотопной смеси, для него теоретически доступны бета-минус-распад в ¹⁸⁰W, электронный захват в ¹⁸⁰Hf и изомерный переход в основное состояние ¹⁸⁰Ta, однако ни один из этих процессов пока не наблюдался в эксперименте. Эти процессы сильно подавлены вследствие высокого спина ядра материнского изотопа (J=9). В то же время основное состояние ¹⁸⁰Ta бета-активно с периодом полураспада 8,152 часа.

Причина действия правила

У любых двух изобарных атомов, соседних по изобарной цепочке (то есть имеющих одинаковый состав ядра с точностью до замены одного нейтрона на протон или наоборот), массы отличаются. В результате законом сохранения энергии оказывается разрешён спонтанный бета-распад одного из атомов (более массивного) в другой. Здесь под бета-распадом понимается один из трёх процессов:

• бета-минус-распад (сопровождается превращением одного из нейтронов материнского ядра в протон и испусканием электрона и электронного антинейтрино);
• электронный захват (сопровождается превращением одного из протонов материнского ядра в нейтрон, захватом орбитального электрона и испусканием электронного нейтрино);
• бета-плюс-распад (сопровождается превращением одного из протонов материнского ядра в нейтрон и испусканием позитрона и электронного нейтрино).

Следует отметить, что правило запрещает существование стабильных пар, однако не ограничивает присутствия в природной изотопной смеси пар, один из компонентов которых является долгоживущим радиоактивным нуклидом, а второй стабилен. Таких пар довольно много — например, ¹¹⁵In и ¹¹⁵Sn, ¹⁷⁶Lu и ¹⁷⁶Hf и т. п.

Отрывок, характеризующий Правило запрета Маттауха — Щукарева

– Ах да, – сказал Пьер.
Солдаты приостановились.
– Ну что, нашел своих? – сказал один из них.
– Ну, прощавай! Петр Кириллович, кажись? Прощавай, Петр Кириллович! – сказали другие голоса.
– Прощайте, – сказал Пьер и направился с своим берейтором к постоялому двору.
«Надо дать им!» – подумал Пьер, взявшись за карман. – «Нет, не надо», – сказал ему какой то голос.
В горницах постоялого двора не было места: все были заняты. Пьер прошел на двор и, укрывшись с головой, лег в свою коляску.


Едва Пьер прилег головой на подушку, как он почувствовал, что засыпает; но вдруг с ясностью почти действительности послышались бум, бум, бум выстрелов, послышались стоны, крики, шлепанье снарядов, запахло кровью и порохом, и чувство ужаса, страха смерти охватило его. Он испуганно открыл глаза и поднял голову из под шинели. Все было тихо на дворе. Только в воротах, разговаривая с дворником и шлепая по грязи, шел какой то денщик. Над головой Пьера, под темной изнанкой тесового навеса, встрепенулись голубки от движения, которое он сделал, приподнимаясь. По всему двору был разлит мирный, радостный для Пьера в эту минуту, крепкий запах постоялого двора, запах сена, навоза и дегтя. Между двумя черными навесами виднелось чистое звездное небо.
«Слава богу, что этого нет больше, – подумал Пьер, опять закрываясь с головой. – О, как ужасен страх и как позорно я отдался ему! А они… они все время, до конца были тверды, спокойны… – подумал он. Они в понятии Пьера были солдаты – те, которые были на батарее, и те, которые кормили его, и те, которые молились на икону. Они – эти странные, неведомые ему доселе они, ясно и резко отделялись в его мысли от всех других людей.
«Солдатом быть, просто солдатом! – думал Пьер, засыпая. – Войти в эту общую жизнь всем существом, проникнуться тем, что делает их такими. Но как скинуть с себя все это лишнее, дьявольское, все бремя этого внешнего человека? Одно время я мог быть этим. Я мог бежать от отца, как я хотел. Я мог еще после дуэли с Долоховым быть послан солдатом». И в воображении Пьера мелькнул обед в клубе, на котором он вызвал Долохова, и благодетель в Торжке. И вот Пьеру представляется торжественная столовая ложа. Ложа эта происходит в Английском клубе. И кто то знакомый, близкий, дорогой, сидит в конце стола. Да это он! Это благодетель. «Да ведь он умер? – подумал Пьер. – Да, умер; но я не знал, что он жив. И как мне жаль, что он умер, и как я рад, что он жив опять!» С одной стороны стола сидели Анатоль, Долохов, Несвицкий, Денисов и другие такие же (категория этих людей так же ясно была во сне определена в душе Пьера, как и категория тех людей, которых он называл они), и эти люди, Анатоль, Долохов громко кричали, пели; но из за их крика слышен был голос благодетеля, неумолкаемо говоривший, и звук его слов был так же значителен и непрерывен, как гул поля сраженья, но он был приятен и утешителен. Пьер не понимал того, что говорил благодетель, но он знал (категория мыслей так же ясна была во сне), что благодетель говорил о добре, о возможности быть тем, чем были они. И они со всех сторон, с своими простыми, добрыми, твердыми лицами, окружали благодетеля. Но они хотя и были добры, они не смотрели на Пьера, не знали его. Пьер захотел обратить на себя их внимание и сказать. Он привстал, но в то же мгновенье ноги его похолодели и обнажились.
Ему стало стыдно, и он рукой закрыл свои ноги, с которых действительно свалилась шинель. На мгновение Пьер, поправляя шинель, открыл глаза и увидал те же навесы, столбы, двор, но все это было теперь синевато, светло и подернуто блестками росы или мороза.
«Рассветает, – подумал Пьер. – Но это не то. Мне надо дослушать и понять слова благодетеля». Он опять укрылся шинелью, но ни столовой ложи, ни благодетеля уже не было. Были только мысли, ясно выражаемые словами, мысли, которые кто то говорил или сам передумывал Пьер.