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 .

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 изобаров. Одна из этих пар образована стабильными изобарами ¹²³ Sb и ¹²³ Te. В действительности же ¹²³ Te не является бета-стабильным, он должен распадаться посредством электронного захвата в ¹²³ Sb, 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 ¹⁸⁰ Hf— ^180m Ta и ^180m Ta— ¹⁸⁰ W. Тантал-180m является единственным метастабильным нуклидом ( изомером ), существующим в природной изотопной смеси, для него теоретически доступны бета-минус-распад в ¹⁸⁰ W, электронный захват в ¹⁸⁰ Hf и изомерный переход в основное состояние ¹⁸⁰ Ta, 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 ¹⁸⁰ Ta 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 не 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);
• бета-плюс-распад (сопровождается превращением одного из протонов материнского ядра в нейтрон и испусканием позитрона и электронного нейтрино).
• электронный захват (сопровождается превращением одного из протонов материнского ядра в нейтрон, захватом орбитального электрона и испусканием 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, ¹¹⁵ In и ¹¹⁵ Sn, ¹⁷⁶ Lu и ¹⁷⁶ Hf и т. п.

Примечания