Изомеризъм на атомни ядра
Ядрен изомер - метастабилно състояние на атомно ядро, поради възбудено състояние на един или повече от неговите нуклони (протони или неутрони). Обичайно е да се наричат метастабилни ядра, полуживотът на които е с 2-3 порядъка по-дълъг от живота на други ядрени състояния. По принцип терминът "метастабилен" обикновено се прилага за състояния с продължителност на живота от 10 -9 секунди или повече.
Обикновено животът на тези състояния е много по-дълъг от посочената граница и може да бъде минути, часове и (в един случай 180 m Ta) около 10 15 години.
Ядрата на ядрените изомери са в по-високо енергийно състояние от невъзбудените ядра в така нареченото основно състояние. В възбудено състояние един от нуклоните на ядрото заема ядрена орбитала с енергия по-висока от свободната орбитала с ниска енергия. Тези състояния са подобни на състоянията на електроните в атомите.
Възбудените атомни състояния са лишени от енергия чрез флуоресценция, обикновено излъчваща вълни във или близо до видима светлина. Преходът на нуклони от ниво към по-енергийно ниво и е придружен от гама-лъчение. Например, добре познатият и широко използван Tc-99m изомер в медицината, с полуживот около 6 часа, излъчва γ-лъчи с енергия от 140 keV.
2. Вътрешно преобразуване
Метастабилните изомери също могат да се разпадат чрез вътрешно преобразуване, процес, при който излишната енергия не се излъчва от γ-лъчи, а се прехвърля към един от електроните на атома. Този процес е възможен, ако атомните електрони са в състояние да проникнат в ядрото. В този случай енергията на ядрото се предава на този електрон, в резултат на което той придобива висока скорост и енергия. За възбудените ядра са известни и други пътища на разпадане.
Съществува само един доста стабилен естествен ядрен изомер, който съществува от времето на първичната нуклеосинтеза - 180-метровият изотап на тантал Ta. Този нуклид има много дълъг полуживот: 10 15 години.
3. Метастабилни изомери
Метастабилни изомери може да се получи чрез ядрен синтез или друга ядрена реакция. Получените ядра са предимно в възбудено състояние и излъчват гама кванти или преобразуващи електрони. Понякога обаче се случва, че преминаването в основно състояние не е толкова бързо. Това е така, защото спинът на ядрото в състояние на възбуждане, междинни продукти за преобразуване и основно състояние са малко по-различни. Излъчването на гама лъчи се възпрепятства, ако разликата в Spin е значителна и енергията на преобразуване е малка. В този случай възбуденото състояние е добър кандидат за метастабилност.
Метастабилните изомери са рядък тип изотопи, обикновено обозначени с допълнителен индекс "m" (а ако има няколко изомера, тогава m2, m3 и т.н.). Например Co-58m. Нарастващите индекси, m, m2, корелират с нарастващото ниво на възбудителна енергия на изомерното състояние (например Hf-177m2).
Отделен тип метастабилни състояния (изомери) са изомери, делящи се или изомер на формата. Повечето актиноидни ядра в основното състояние не са сферични, а по-скоро елипсоидни, с ос на симетрия по-дълга от другите, като топка за ръгби, макар и по-малко удължена. В някои от тях квантово-механичните състояния могат да се състоят от такова разпределение на протони и неутрони, че преходът в основно състояние е труден. Системата може да се отпусне или чрез преход в основно състояние, или чрез ядрено делене. Понякога вероятността за разделяне е много по-голяма от вероятността за преход в основно състояние. Делящите се изомери обикновено се означават с буквата "f" вместо "m", например плутоний -240f или 240f Pu.