核素是什么？关于核素的详细介绍

核素是指一种原子，其原子核具有特定的质量数、质子数、中子数和核能态，并且在这种能态下的平均寿命足够长，便于观察和研究。“核素”一词来源于原子核，由化学家T.P. Kohman(美国

核素是指一种原子，其原子核具有特定的质量数、质子数、中子数和核能态，并且在这种能态下的平均寿命足够长，便于观察和研究。

“核素”一词来源于原子核，由化学家T.P. Kohman(美国，1916~2010)于1947年提出。核素研究是一门实验和观测科学，涉及数据收集、分类、组织、观测和理论化。

如果一个元素用符号X表示，A是质量数，Z是质子数，N是中子数(中子数N =质量数A-质子数Z)，M是核能态，那么一个核素完全可以表示为:。对于已知质量数的给定元素，质子数等于其原子序数，可以计算出中子数。核素可以缩写为:，或X-Am。

比如核素锝-99m(锝的原子序数为43，元素符号为Tc)，如图1所示。核素的质量数为99，质子数为43(质子数与原子序数相同)，中子数为56，M为核能态。

中子质子比

原子核由质子和中子组成，它们被核力束缚在一起。因为带正电的质子相互排斥，所以需要电中性的中子来稳定原子核。中子可以通过分隔质子来减少质子之间的静电排斥，并在中子之间和质子上提供核力。因此，如果两个或多个质子束缚在原子核上，至少需要一个或多个中子。随着质子数的增加，保证核素稳定所需的中子质子比也增加。

核子数的宇称

中子质子比不是影响核素稳定性的唯一因素，还取决于质子(原子序数)、中子和质量数(质子和中子之和)的偶数或奇数。质子和中子的奇数往往会降低原子核的结合能，所以奇数原子核通常是不稳定的，所以相邻原子的结合能存在显著差异，特别是质量为奇数的同素异形体之间。大多数稳定的核素是偶数的中子和偶数的质子，即偶数的质子、中子和质量。奇数质量的核素大致分为奇数质子偶数中子的核素和偶数质子奇数中子的核素。具有奇数质子和奇数中子的核素极其罕见。

核素图是以原子序数(质子数)为横坐标，中子数为纵坐标的图。与元素周期表类似，核素图根据各元素已知同位素的核性质对核素进行分类。目前已知的核素有4000多种，其中大部分是放射性核素。随着新核素的发现和确认，核素图不断更新。

如图2所示，核素图中的每个方块都标有核素的质量、相对丰度、半衰期、中子截面和衰变性质，不同颜色的方块表示不同的半衰期和中子吸收性质。

布鲁克海文国家实验室国家核数据中心(NNDC)提供在线核素图(https://www . nndc . bnl . gov/nuda T2/)。

根据核子数分类

根据质量数、质子数和中子数的不同，核素可分为同位素、同素异形体、同中子同素异形体、同素异形体和同核异构体五大类。

同位素:质子数相同的一类核素。

同量异位素:具有相同质量数的一类核素。

同素异形体:一种具有相同中子数的核素。

等中子数:过剩中子数(中子数减去质子数)相同的一种核素。

同分异构体:质子数、质量数、中子数和过剩中子数相同的一种核素。

核素和同位素的区别在于，核素的概念重核性轻化学性，同位素的概念(将每种元素的所有原子分组)重化学性轻核性。中子数对核素性质影响很大，但对大多数元素化学性质的影响可以忽略不计。由于同位素是一个更早的术语，比核素传播更广，所以有时“同位素”还是用在更适合“核素”的描述中，如核技术、核医学等。

根据核素稳定性分类

根据核素的稳定性，核素可分为稳定核素和不稳定核素两大类。不稳定核素具有放射性，也称为放射性核素。

稳定核素:稳定核素是指不自发或不易自发发生放射性衰变的核素(总共约有288种核素的半衰期大于秒)。大多数天然核素是稳定的，只有少数具有放射性，半衰期极长(半衰期大于或等于地球年龄——45亿年)。

放射性核素:一种核素，其原子核具有过剩的核能，导致其不稳定。多余的能量可以从原子核产生或发射新的辐射，也可以转移到原子中的电子上发射出去(电子的内转换)。这个过程就是放射性衰变，这些放射出来的物质就构成了电离辐射。不稳定原子核或它们的子核继续衰变，直到它们变得稳定。其中，天然放射性核素包括原生放射性核素和宇宙成因放射性核素，原生放射性核素是指地球土壤和岩石中已经存在的放射性核素，如U-238、Th-232和K-40等。宇宙成因放射性核素是宇宙射线与大气或地球表面的放射性核素相互作用产生的放射性核素，如H-3、C-14等。

根据核素来源分类

根据核素的来源，核素可分为天然核素和人工核素两大类。

天然存在的核素可以分为三种类型。第一类是半衰期()至少为地球年龄2%的核素。都是太阳系形成前恒星核合成留下的。例如，铀的同位素U-238( =4.5×年)在自然界中相当丰富，而另一种短寿命同位素U-235( =0.7×年)的储量较少。二是放射性衰变产生的核素。这样产生的核素既包括放射性核素，也包括稳定核素。比如镭的同位素RA-226(= 1602)，产生于铀或钍同位素的原始衰变链；有些半衰期非常短，如钫的同位素。第三种是天然核反应产生的核素。生成的核素也有放射性核素和稳定核素两种。当原子与自然产生的中子(来自宇宙射线、自发裂变或其他来源)相互作用时，或者当原子被宇宙射线直接轰击时，就会发生这些反应。比如宇宙射线轰击其他元素得到宇宙成因核素C-14(放射性核素)，中子轰击U-238产生Pu-239(放射性核素)。

人工生产的核素:除天然核素外，还通过核反应堆、加速器或放射性核素发生器人工生产了3000多种人工核素。

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