基本介紹
- 中文名：穩定核素
- 外文名： stable nuclide
- 領域：原子核物理學
- 特點：不發生自發衰變
- 套用：生物學、醫學、考古學、地質學等
- 天然穩定核素：270餘種
定義,放射性核素衰變,穩定核素的套用,S-H圖,穩定核素分布的七律,1、坐標S18～6連續核素的有序分布,2、穩定區中部的兩個7×7菱形區域,3、坐標差上界的7核素對稱分布,
定義
核素分類是原子核基本性質規律的統一，其在自然科學中的價值與化學元素周期律相似。元素周期律的本質是原子核外電子分布與結合的規律，它決定了數十種元素組成自然界無法計數的物質，核內質子與中子排布或融合的規律，它決定著原子核，即同位素的存在，在核素分類基礎上將能完成原子核理論統一。
原子序數Z≤82的核元素，每種核素都有一個或幾個穩定的同位素（除鎝和鉅外）；Z≥83的核素只有放射性核素，Z>92的核素稱為超鈾核素。
放射性核素衰變
核素常用符號AZX 表示，其中X是元素符號，Z是原子序數，A是質量數，A-Z=N，N是該核素中的中子數。由於元素符號X已經確定了它的原子序數，因此，通常核素也可簡記為AX。
科學研究表明，穩定性核素對核子總數有一定限度（一般為A≤209），而且中子數和質子數應保持一定的比例（一般為N/Z=1～1.5，也有個別例外）。任何含有過多核子或N/Z不適當的核素，都是不穩定的。A≥209的核素，即元素周期表中釙（Po）之後的所有元素的核素都具有放射性（釙之前的元素，有的核素也具有放射性），它們或是自發地放射出α射線（即He核），而轉變成A較小的新核；或是因核素的N/Z不適當，其核內的中子與質子會自發地相互轉變，從而改變N/Z的值，並同時放出一個β-（或β+）粒子。核素衰變後產生的新核幾乎都是處在激發態，這樣的核或是自發地放射出γ光子而轉變到基態或較低能態，或是繼續進行α衰變（或β衰變），直到變成一個穩定的核素為止。
穩定核素的套用
穩定核素標記，活化穩定核素示蹤法廣泛套用於生物學、醫學、考古學、地質學等學科。
以土壤侵蝕研究為例。採用可活化穩定核素示蹤法，可以實現以下兩個研究目的：( 1) 利用不同部位或不同地段土壤中的元素豐度分布特徵及含量差異 , 通過中子活化分析等分析技術 , 判測泥沙來源與侵蝕強度分布 ( 2)將人工施放的具有可活化的穩定性核素的元素化合物作為示蹤劑，利用 INAA分析方法，研究侵蝕泥沙分布運動變化規律。
S-H圖
傳統核素圖中，人們以質子數Z、中子數N分析穩定核素的線性分布，找到了幻數質子中子數，成為傳統核理論研究的基礎。但在這種圖中，穩定區長是寬的許多倍，難以看出隱藏在其中的許多線性列，只能看出過剩中子數N-Z=I的由核素7Li,9Be,35Cl組成的15核長核素列。
在引入兩參量S=2Z-N H=N-Z代替基本變數Z、N的圖中¨，核素穩定區收長增寬，核素分布緊湊，其線性分布表現出一系列規律性。
定義核素分布的線性列，當以某一常數分析核素分布時，這常數列核素排布不出現中斷的排列，這類核素列又可分為偶偶核素列、奇偶混合列與奇A核素列。偶偶核列，核素坐標值以偶數值遞變，而奇偶數的核索列，相鄰核的坐標值以△S=1、△H=1或△H=2遞變。 當以坐標S軸的正方向為始邊依反時針方向旋轉，始終邊所成角大小為序，再以終邊的平行線 系統地分析穩定核素的線性核列的特點．可以發現核素線性列的一些規律性。這些核素常數列主要有成角0度坐標H、90度的S常數列、角45度的坐標差K、質子數Z常數以坐標表示為 S+H，中子數N常數為S+2H、還有坐標的S-2H，S．3H，⋯，H，2S，H-3S，⋯等常數 方向，雖不好以角度確切表示，但能以兩坐標的比值以序表示，依角度大小，主要核素列的排序為 H， S-nH，⋯S-4H，S-3H，S-2H，S-H；2S-H，3S-H，4S-H；⋯nS-H，S， S+H，S+2H，S+3H，S+nH， 2S+H，3S+H，⋯nS+H。
穩定核素分布的七律
1、坐標S18～6連續核素的有序分布
在坐標為S=2Z—N，H=N—Z的核素圖中閉，穩定核素區的下界是坐標S軸,該數軸上分布著等質子與中子數的核素．在偶坐標S18～6的7常數列上，下界核素 (18，0)，(16，0)，～，(6，0)都是只有氘結團的核素，這些坐標的下界分別有18，16， 14，⋯，6個氘結團．在同一坐標S常數列上的不同核素都具有相同個數的氘結團， 而對於同列相鄰核素，當坐標H以1個單位向上遞變分布時，相鄰核素的上面核素 比下一核素多一氚結團．坐標S18的連續核素排列著(18，0)，(18，1)，～，(18，6)7核素， 坐標S16與S14兩列從H0～4都有連續5核素，坐標s12，S10，S8，拍的4列坐標 H0～2都有連續3核素．這7列連續分布的核素依次是1列7核素，2列5核素，4 列3核素。這裡偶坐標S18～6的7列連續核素的上界坐標Ⅱ依次為：
Ⅱ=6；4，4；2，2，2，2． 就是1個6，2個4，4個2，形成核素個數1，2，4相同的分布．見圖I左部．
圖1 穩定區的兩個7×7核索區及上下的7核索分布2、穩定區中部的兩個7×7菱形區域
2．1 新穩定區的偶偶核素
在坐標(S，H)處以參量(2K，2x)聯繫核素新的穩定區[41，在S一Ⅳ圖中，以該坐標 對應的(2K，2X)表示新坐標，則新坐標是2K=2(S一/4)，2X=2(S一2H)，2倍時只 聯繫著偶偶核素．
2．2穩定區的兩個7 X 7菱形區域
2穩定區的兩個7 X 7菱形區域 在傳統核素圖中，以質子數Z與中子數N為坐標，核素區是窄長條形，核素分布長是寬的許多倍網。這種圖中以兩坐標為邊的最大正方形區只是一邊為3偶偶核素。如存在穩定區中部的3種3等值核子數A 124，A 130，A 136核素處，分別以這3 核子數為中線，聯繫著一個邊長為3核素的正方形區．在氘氚結團圖中，兩坐標為邊的最大正方形區是一邊為6偶偶核素，區內有36種核素。這個區域位於坐標S28～ 38與H16～26的區域，可聯繫不重複的9核素正方形16個。
在穩定區中的各種圖形並不會因坐標變換而增加或消失，但由於坐標變數選取的不同，會出現嚴重變形導致很難辯認，而坐標選取合適則無此問題．在穩定核素分布中，實際存在的最大正方形區是邊長為7核素的區．在坐標S—Z圖的坐標差K13與 K19兩平行線之間，以坐標s18為左界，坐標H11為上界，存在兩個邊長7坐標的菱形區域．它們中間部分重疊，形成一個等腰梯形區．當以坐標(2K，2X)聯繫新穩定區 時，就對應著兩個7×7偶偶核素區，見圖1中部。
2．3兩菱形區對應的穩定核素區
當在坐標(S,H)處以(2K，2X)作新坐標聯繫新核素時，上述的兩個菱形在新穩定區內，這裡7×7的49個坐標一一對應著49種穩定核素，兩個菱形區域各對應聯繫 兩個7 X7穩定核素區。
坐標H5與H11聯繫的4頂點核素是(26，16)，(38，28)．(26，4)，(38，16)，4邊是 坐標S26與S38，K10與K22的區域，四邊形的中心核素是(32，16)。坐標S18與S24 聯繫的4頂點核素是(38，4())，(26，16)，(38，28)，(26，4)，4邊是坐標S26，S38與2S-H=36，48，四邊形區中心核素是(32，22)。
在這兩個菱形區中，有3頂點坐標(18，5)，(24，5)，(24，11)相同，只有最外側的 第4坐標(30，11)與最下端的(18，-1)不同，這兩個菱形中部重疊後的3個相同坐標再加外側的2坐標，就合併成4頂點為(18，5)，(24，11)，(30，11)，(18，一1)的梯形．以 (2K，2X)變換聯繫的新核素區，對應著4頂點為核素(26，16)，(26，4)，(38，16)，(38， 40)的梯形。這梯形4邊為坐標S26與S38，差K22與參量2S-H=36。兩個7 X 7菱 形核素區的中心核素是(32，16)與(32，22)。
3、坐標差上界的7核素對稱分布
在坐標H11上右側，是坐標H12，H13，H14組成的坐標(29，12)，(30，12)，(30， 13)，(32，13)，(32，14)，(33，14)構成的7坐標折線，並以(2K，2X)作新坐標聯繫著原穩定區邊界的差K24，K26，K28三列核素．這7坐標對應的是差K24，K26，K28的2，3， 2核素，其中有差K26，K28的上界(38，12)，(38，lo)與下界(34，8)，(36，8)，差K24的 上界(36，12)與局部下界(34，l())．剩餘的K26一核素(36，10)是偶Z46的下界，以這核素為中點，7核素以坐標S36，H10，差K26在3方向呈3列3點共線對稱， 而這箇中點是由穩定區整數聯繫四邊形的核素(31，13)聯繫著。
