定義
原子核中的質子數用Z表示,它等於核外的電子數,也等於該元素的原子序數。因為原子核所帶的正電荷為Ze,所以Z也叫做原子核的電荷數(charge number)。原子核所含的中子數用N表示。核中質子數Z和中子數N之和Z+N = A稱為原子核的質量數(mass number)。具有相同的質子數Z、相同的中子數N、處於相同的、壽命可測的能態的一類原子稱為核素(nuclide)。
若將所有核素排列在一張以N為橫坐標、以Z為縱坐標的圖(核素圖)上,可以發現,穩定核素幾乎全部位於一條光滑的曲線或緊靠該曲線的兩側。這條曲線稱為β穩定線。
性質簡介
隨著Z的增大,質子的電斥能與Z(Z-1)成正比而增加得很快,需要額外的中子抵消庫侖排斥作用 。到A≥200時,N/Z≈1.5,這種核素會發生a
衰變或自發
裂變,穩定核素不復存在,β穩定線中止。1966年理論預言在穩定線前端 Z=114 ,N=184附近可能存在半衰期為108年的穩定核素,至今尚未觀測到。
在β穩定線兩側不遠的核素為不穩定的放射性核素,一邊是Z<Z0,質子數短缺,中子數相對過剩 ,稱為豐中子核素,它們通過β-衰變向β穩定線靠攏;另一邊Z>Z0,中子數短缺,稱為缺中子核素,它們通過β+衰變或電子俘獲向β穩定性靠攏。
產生核素
理論上預言,排列在β穩定線兩側不穩定的放射性核素總共可有 5000~6000種 ,已發現和人工製造出來的達2000多種。產生這些核素的方法有:
重離子核反應(見重離子核物理),高能粒子引起的散裂反應(見中高能核物理)和原子核裂變等。帶電粒子核反應,主要是重離子反應,產生的一般是缺中子核素;而裂變產生的是豐中子核素。由於這些核素的壽命非常短,需要用一些特殊的技術和設備,例如線上同位素分離器,來對它們進行分離和研究。
獨特性質
遠離β穩定線核素具有一系列獨特的性質。它們的中子質子比異常,有的核子結合能很小,還有新的衰變方式,如高能β衰變、β延遲粒子發射、β延遲裂變等(見 β衰變)。這些新現象的研究和探索,將有助於檢驗和發展現有原子核理論,特別是核結構理論。某些新的核素還可能具有實用價值。。