核同質異能素

核同質異能素 （ 亦稱同核異構體 ） 指的是由於某個原子的原子核內核子 （ 質子或中子 ） 處於激發態 ， 而產生原子核的亞穩態 ， 這種狀態下原子核內的核子會佔用能量更高的核子軌道 。 這通常是核反應的產物 。 由於這些在激發態的核子的半衰期比常見的激發態的核子的半衰期要長 （ 通常達到100 ~ 1000倍的時間 ） ， 因此被稱作處於 “ 亞穩態 ”  ， 並在原子的質量數後附上 “ m ” 作爲標記 ， 如 。 在有多個亞穩態時 ， 使用m1 、 m2 、 m3等 ， 按照激發能量從低到高進行標記 ， 如 。 通常 ， 這一術語只指那些半衰期在10 −9 秒以上的狀態 。 某些情況下 ， 這種狀態可以持續數小時到數年 ， 也有非常極端的例子 ， 比如的半衰期就長到至今都沒能觀測到其衰變 （ 推測至少有 1.2 × 1015年 ， 已經超過了宇宙已存在的時間 ） 。 核同質異能 - { 素 } - 發生的γ衰變有時會被稱爲同質異能躍遷 、 同核異構躍遷或同質異構轉換 ， 不過除了衰變發生前的原子的亞穩態能持續較長時間外 ， 這一過程和普通的γ衰變沒有區別 。 核同質異能素之所以可以存續較長的時間 ， 通常是因爲從這一狀態進行γ衰變需要的核自旋改變量較大 ， 使得其發生極爲困難甚至是不可能 ， 例如醫療中常用的自旋爲 +1 / 2 ， 其基態自旋爲 +9 / 2 ， 衰變時會放出能量爲140keV的γ射線 （ 與醫療用X射線差不多 ） ， 並擁有 6.01 小時的半衰期 。 另外 ， 激發態的激發能量的高低也會關係到衰變速率 ， 當激發能量很低的時候衰變同樣會變慢 。 是目前發現的激發能量最低的同質異能素 ， 僅有 7.6 ± 0.5 eV ， 因此至今未觀測到其γ衰變 ， 不過如果它發生γ衰變的話 ， 其放出的γ射線的能量僅僅會與紫外線相當 。 的自旋爲 - 9 ， 而其基態的自旋爲 +1 ， 同時其激發能量非常低 （ 75keV ） ， 所以γ衰變和β衰變都幾乎不可能 ， 導致其半衰期極長 。 除了由於核子的激發造成的同質異能情況外 ， 還有一種由於原子核結構造成的同質異能 。 比如 ， 很多錒系元素在基態下 ， 原子核並不是球形的 ， 而是類球面結構 ， 其中最常見的是類似於橄欖球的長球面 ， 不過更接近球形 。 在這種情況下 ， 按照量子力學 ， 核子的可能分佈中會出現較長的長球面分佈 （ 和橄欖球差不多 ） ， 這種分佈模式會嚴重阻礙原子核向基態衰變 ， 而傾向於發生自發裂變 。 通常其裂變半衰期只有幾納秒到幾毫秒 ， 但是相對一個激發態原子核通常能存在的時間來說 ， 已經很長了 。 這種同質異能素通常以 “ f ” 附加在質量數後 ， 以區別核子激發造成的同質異能 ， 如 。 核同質異能素最早由奧托 · 哈恩發現於1921年 ， 當時發現的兩個核同質異能素被稱爲 “ 鈾X2 ” 和 “ 鈾Z ” ， 而換做現在的命名方式 ， 即和 。