核同質異能素是一個原子的亞穩態，由其原子核中的質子或中子激發形成，核同質異能素有兩種類型：核自旋同質異能素和核形狀同質異能素。它們都釋放電磁能，不產生放射性。因為在多數情況下，它們最終的核態是穩定的，所以沒有剩餘輻射。
基本介紹
- 中文名：核同質異能素
- 外文名：isomeric state
- 分類：核自旋和核形狀同質異能素
- 套用：製造核武器
釋義,分類,軍事意義,核同質異能素所含的能量,核同質異能素所含能量的激發,核同質異能素的製造及套用-伽馬彈,
釋義
核同質異能素是一個原子的亞穩態，由其原子核中的質子或中子激發形成，人們將核同質異能素粗略定義為壽命超過10-9s的激發核態，在其超高能量釋放之前需要一個自旋變化。亞穩態同質異能素是一種特殊原子，通常標以符號“m”（對於超過一種同質異能素的情況，以2m、3m標識）。比如（鉿-178）178Hf2m和178Hf屬於同質異能素，高能的178Hf2m放出γ-射線衰變成178Hf。
分類
核同質異能素有兩種類型：核自旋同質異能素和核形狀同質異能素。它們都釋放電磁能，不產生放射性。因為在多數情況下，它們最終的核態是穩定的，所以沒有剩餘輻射。
核自旋同質異能素是核內角動量嚴重失衡的結果，其壽命從小於幾秒到1015年，其激發能從幾個eV到MeV。科學家對核自旋同質異能素已經研究了60多年，確定它們有數百種。這類同質異能素可用的能量巨大，但它們的核態對電磁衰變非常穩定，需要一個非常有力的扳機促使其能量的釋放。然而，沒有一個扳機是穩定的，因此，核自旋同質異能素的實際套用在目前不太可能。
具有亞穩態、橢圓形狀、高度激發的同質異能素是在1962年被偶然發現的。由於返回到基態的電磁衰變被核形狀的變化（指激發態和基態之間的形狀變化）所抑制，這樣的元素被稱作核形狀同質異能素。在由法國LawrenceBekeleyLab（LBL）的研究人員合作的研究成果中，發現在Hg-Pb區域內的核中，存在30多種核形狀同質異能素的證據。理論工作也指出，在周期表的其它區域會存在更多的核形狀同質異能素，其激發能預計為幾個eV到10MeV。
軍事意義
核同質異能素有三重軍事意義：
1）可以提供一種發展（射線雷射器的方法；
2）可以用作燃料、炸藥和武器；
3）可以預計某些可裂變的同質異能素，裂變時可釋放接近核裂變的能量（例如，235U裂變反應放能（比能）約80GJ/g，而同質異能態比能約為1GJ/g（1GJ=109J））。
美國和歐洲的科學家一直把同質異能素作為重要課題，嘗試用各種方法進行研究。法美、法俄均有聯合項目對其進行研究，以期找到較穩定的、壽命長的同質異能素。1998年美國的研究小組在空軍贊助下，曾由重粒子加速器獲得鉿178Hf2m同質異能素（半衰期約31年，激發能為2.446MeV）。美國利弗莫爾實驗室的科學家於1997年預測，57年之後，讓核同質異能素釋放出巨大能量是有可能的。
核同質異能素所含的能量
核同質異能素儲存的能量存在於同質異能態的激發能中。同質異能素可以利用的能量從幾個kJ·g-1到100萬kJ·g-1，與核裂變反應釋放的能量接近（8×107kJ·g-1），而一般炸藥的能量只有5kJ·g-1。所以如果能夠找到誘發並控制能量釋放的方法，核同質異能素就有可能成為一種獨立的能源。
人們對幾種準粒子同質異能素Lu、Hf、Ta感興趣，因為它們的激發能量高達2-3MeV，而且可以貯存很長時間。唯一穩定的核同質異能素是Ta-180m，其半衰期至少為1015年，而且它非常穩定。根據報導，用非常微弱的X-射線能迫使Ta-180m釋放其能量，但這一觀點現在仍處於科學爭論階段。另一個理論上穩定的核同質異能素是原子數為72、貯存的能量約達2.5MeV的重金屬鉿178，它含有所有穩定同質異能素中最高的激發能。
1克鉿（Hf）同質異能素有可能貯存有比50公斤TNT還要大的能量。1kg純的178Hf2m約包含900kJ能量。1盎司純的鉿-178貯存的能量可以使120噸溫度為室溫的水沸騰。一油箱的鉿-178可以讓一輛車繞著地球走520圈。以含有極大威力的鉿炸藥為基礎可能製得比現存常規武器威力更大的微型飛彈。正因為它含有如此高的能量密度，所以該項研究已經被美國國防部列入軍用關鍵技術清單。
核同質異能素所含能量的激發
將核同質異能素的潛在卓越能源發展成為實用能源的關鍵是觸發和生產技術。令人頭痛的問題是，這些能量能否以可以控制的形式釋放出來?如果能，它將有何用途?
美國LLNL正在開發在核自旋同質異能素和核形狀同質異能素中激發能量釋放的途徑，即用少量能量來獲得大量能量的釋放。其途徑有中子催化法、高強雷射激發法和X射線脈衝輻照法，其中研究得較多的是X射線輻照法。
核同質異能素的製造及套用-伽馬彈
據《廣州日報》綜合報導，英國《衛報》2003年8月14日報導稱，美軍武器研究專家目前正在研製一種致命的雷射武器-射線炸彈。這種射線炸彈可發射出擁有巨大能量的γ-射線（伽馬射線），從而導致敵人“中彈”後死亡。這種伽馬射線炸彈介於核武器和常規武器之間，威力巨大，但又能避開國際社會對於核武器的種種限制。
這種新武器的威力來源於同質異能素衰變。鉿-178的一種同位素異形體178Hf2m正是伽馬彈的絕佳原材料，高能狀態的178Hf2m放出伽馬射線衰變為178Hf的半衰期為31年。
