[科普中國(guó)]-穩(wěn)定核

定義

穩(wěn)定核就是穩(wěn)定核素的原子核，核素可分為穩(wěn)定核素和不穩(wěn)定核素（具有放射性）兩類(lèi)。原子核穩(wěn)定的核素是不會(huì)發(fā)生自發(fā)衰變定核素。

已發(fā)現(xiàn)的具有穩(wěn)定核天然穩(wěn)定核素只有270余種，而放射性核素約有2500種，其中絕大部分是人工制造的。原子序數(shù)Z≤82的核元素，都有天然存在穩(wěn)定核，每種核素都有一個(gè)或幾個(gè)穩(wěn)定的同位素（除锝和鉅外）；Z≥83的核素只有放射性核素，Z>92的核素稱為超鈾核素。

放射性核衰變核素常用符號(hào)AZX 表示，其中X是元素符號(hào)，Z是原子序數(shù)，A是質(zhì)量數(shù)，A-Z=N，N是該核素中的中子數(shù)。

科學(xué)研究表明，穩(wěn)定核不僅對(duì)質(zhì)子數(shù)Z有要求（Z≤82），而且對(duì)核子總數(shù)有一定限度（一般為A≤209），而且中子數(shù)和質(zhì)子數(shù)應(yīng)保持一定的比例（一般為N/Z=1～1.5，也有個(gè)別例外）。

任何含有過(guò)多核子或N/Z不適當(dāng)?shù)暮耍际遣环€(wěn)定的。A≥209的原子核，即元素周期表中釙（Po）之后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(fā)地放射出α射線（即He核），而轉(zhuǎn)變成A較小的新核；或是因核的N/Z不適當(dāng)，其核內(nèi)的中子與質(zhì)子會(huì)自發(fā)地相互轉(zhuǎn)變，從而改變N/Z的值，并同時(shí)放出一個(gè)β-（或β+）粒子。核素衰變后產(chǎn)生的新核幾乎都是處在激發(fā)態(tài)，這樣的核或是自發(fā)地放射出γ光子而轉(zhuǎn)變到基態(tài)或較低能態(tài)，或是繼續(xù)進(jìn)行α衰變（或β衰變），直到變成一個(gè)穩(wěn)定的原子核為止。1

穩(wěn)定核的應(yīng)用穩(wěn)定核標(biāo)記，活化穩(wěn)定核示蹤法廣泛應(yīng)用于生物學(xué)、醫(yī)學(xué)、考古學(xué)、地質(zhì)學(xué)等學(xué)科。

以土壤侵蝕研究為例。采用可活化穩(wěn)定核示蹤法，可以實(shí)現(xiàn)以下兩個(gè)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征及含量差異 , 通過(guò)中子活化分析等分析技術(shù) , 判測(cè)泥沙來(lái)源與侵蝕強(qiáng)度分布；

(2)將人工施放的具有可活化的穩(wěn)定性核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(yùn)動(dòng)變化規(guī)律。2

S-H圖傳統(tǒng)核素圖中，人們以質(zhì)子數(shù)Z、中子數(shù)N分析穩(wěn)定核的線性分布，找到了幻數(shù)質(zhì)子中子數(shù)，成為傳統(tǒng)核理論研究的基礎(chǔ)。但在這種圖中，穩(wěn)定區(qū)長(zhǎng)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(guò)剩中子數(shù)N-Z=I的由核7Li，9Be，35Cl組成的15核長(zhǎng)核列。

在引入兩參量S=2Z-N H=N-Z代替基本變量Z、N的圖中，原子核穩(wěn)定區(qū)收長(zhǎng)增寬，核分布緊湊，其線性分布表現(xiàn)出一系列規(guī)律性。

定義原子核分布的線性列，當(dāng)以某一常數(shù)分析原子核分布時(shí)，這常數(shù)列核排布不出現(xiàn)中斷的排列，這類(lèi)原子核列又可分為偶偶核列、奇偶混合列與奇A核列。偶偶核列，原子核坐標(biāo)值以偶數(shù)值遞變，而奇偶數(shù)的核索列，相鄰核的坐標(biāo)值以△S=1、△H=1或△H=2遞變。 當(dāng)以坐標(biāo)S軸的正方向?yàn)槭歼呉婪磿r(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)，始終邊所成角大小為序，再以終邊的平行線系統(tǒng)地分析穩(wěn)定核素的線性核列的特點(diǎn)．可以發(fā)現(xiàn)原子核線性列的一些規(guī)律性。這些原子核常數(shù)列主要有成角0度坐標(biāo)H、90度的S常數(shù)列、角45度的坐標(biāo)差K、質(zhì)子數(shù)Z常數(shù)以坐標(biāo)表示為 S+H，中子數(shù)N常數(shù)為S+2H、還有坐標(biāo)的S-2H，S．3H，?，H，2S，H-3S，?等常數(shù) 方向，雖不好以角度確切表示，但能以兩坐標(biāo)的比值以序表示，依角度大小，主要核素列的排序?yàn)?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。3

穩(wěn)定核分布的七律1、坐標(biāo)S18～6連續(xù)核的有序分布在坐標(biāo)為S=2Z—N，H=N—Z的核素圖中閉，穩(wěn)定核區(qū)的下界是坐標(biāo)S軸,該數(shù)軸上分布著等質(zhì)子與中子數(shù)的原子核．在偶坐標(biāo)S18～6的7常數(shù)列上，下界核素 (18，0)，(16，0)，～，(6，0)都是只有氘結(jié)團(tuán)的核，這些坐標(biāo)的下界分別有18，16， 14，?，6個(gè)氘結(jié)團(tuán)．在同一坐標(biāo)S常數(shù)列上的不同核都具有相同個(gè)數(shù)的氘結(jié)團(tuán)， 而對(duì)于同列相鄰原子核，當(dāng)坐標(biāo)H以1個(gè)單位向上遞變分布時(shí)，相鄰原子核的上面原子核 比下一核多一氚結(jié)團(tuán)．坐標(biāo)S18的連續(xù)核素排列著(18，0)，(18，1)，～，(18，6)7核素， 坐標(biāo)S16與S14兩列從H0～4都有連續(xù)5核素，坐標(biāo)s12，S10，S8，拍的4列坐標(biāo) H0～2都有連續(xù)3核素．這7列連續(xù)分布的核素依次是1列7核素，2列5核素，4 列3核素。這里偶坐標(biāo)S18～6的7列連續(xù)核素的上界坐標(biāo)Ⅱ依次為：

Ⅱ=6；4，4；2，2，2，2． 就是1個(gè)6，2個(gè)4，4個(gè)2，形成核個(gè)數(shù)1，2，4相同的分布．見(jiàn)圖I左部．

2、穩(wěn)定區(qū)中部的兩個(gè)7×7菱形區(qū)域2．1 新穩(wěn)定區(qū)的偶偶核

在坐標(biāo)(S，H)處以參量(2K，2x)聯(lián)系核素新的穩(wěn)定區(qū)[41，在S一Ⅳ圖中，以該坐標(biāo) 對(duì)應(yīng)的(2K，2X)表示新坐標(biāo)，則新坐標(biāo)是2K=2(S一/4)，2X=2(S一2H)，2倍時(shí)只 聯(lián)系著偶偶核．

2．2穩(wěn)定區(qū)的兩個(gè)7 X 7菱形區(qū)域

2穩(wěn)定區(qū)的兩個(gè)7 X 7菱形區(qū)域 在傳統(tǒng)原子核圖中，以質(zhì)子數(shù)Z與中子數(shù)N為坐標(biāo)，核區(qū)是窄長(zhǎng)條形，原子核分布長(zhǎng)是寬的許多倍網(wǎng)。這種圖中以兩坐標(biāo)為邊的最大正方形區(qū)只是一邊為3偶偶核。如存在穩(wěn)定區(qū)中部的3種3等值核子數(shù)A 124，A 130，A 136核處，分別以這3 核子數(shù)為中線，聯(lián)系著一個(gè)邊長(zhǎng)為3核素的正方形區(qū)．在氘氚結(jié)團(tuán)圖中，兩坐標(biāo)為邊的最大正方形區(qū)是一邊為6偶偶核，區(qū)內(nèi)有36種核素。這個(gè)區(qū)域位于坐標(biāo)S28～ 38與H16～26的區(qū)域，可聯(lián)系不重復(fù)的9核素正方形16個(gè)。

在穩(wěn)定區(qū)中的各種圖形并不會(huì)因坐標(biāo)變換而增加或消失，但由于坐標(biāo)變量選取的不同，會(huì)出現(xiàn)嚴(yán)重變形導(dǎo)致很難辯認(rèn)，而坐標(biāo)選取合適則無(wú)此問(wèn)題．在穩(wěn)定核分布中，實(shí)際存在的最大正方形區(qū)是邊長(zhǎng)為7核素的區(qū)．在坐標(biāo)S—Z圖的坐標(biāo)差K13與 K19兩平行線之間，以坐標(biāo)s18為左界，坐標(biāo)H11為上界，存在兩個(gè)邊長(zhǎng)7坐標(biāo)的菱形區(qū)域．它們中間部分重疊，形成一個(gè)等腰梯形區(qū)．當(dāng)以坐標(biāo)(2K，2X)聯(lián)系新穩(wěn)定區(qū) 時(shí)，就對(duì)應(yīng)著兩個(gè)7×7偶偶核區(qū)，見(jiàn)圖1中部。

2．3兩菱形區(qū)對(duì)應(yīng)的穩(wěn)定核區(qū)

當(dāng)在坐標(biāo)(S,H)處以(2K，2X)作新坐標(biāo)聯(lián)系新核時(shí)，上述的兩個(gè)菱形在新穩(wěn)定區(qū)內(nèi)，這里7×7的49個(gè)坐標(biāo)一一對(duì)應(yīng)著49種穩(wěn)定核素，兩個(gè)菱形區(qū)域各對(duì)應(yīng)聯(lián)系兩個(gè)7 X7穩(wěn)定原子核區(qū)。

坐標(biāo)H5與H11聯(lián)系的4頂點(diǎn)核是(26，16)，(38，28)．(26，4)，(38，16)，4邊是 坐標(biāo)S26與S38，K10與K22的區(qū)域，四邊形的中心核是(32，16)。坐標(biāo)S18與S24 聯(lián)系的4頂點(diǎn)核是(38，40)，(26，16)，(38，28)，(26，4)，4邊是坐標(biāo)S26，S38與2S-H=36，48，四邊形區(qū)中心核是(32，22)。

在這兩個(gè)菱形區(qū)中，有3頂點(diǎn)坐標(biāo)(18，5)，(24，5)，(24，11)相同，只有最外側(cè)的 第4坐標(biāo)(30，11)與最下端的(18，-1)不同，這兩個(gè)菱形中部重疊后的3個(gè)相同坐標(biāo)再加外側(cè)的2坐標(biāo)，就合并成4頂點(diǎn)為(18，5)，(24，11)，(30，11)，(18，一1)的梯形．以 (2K，2X)變換聯(lián)系的新核區(qū)，對(duì)應(yīng)著4頂點(diǎn)為核(26，16)，(26，4)，(38，16)，(38， 40)的梯形。這梯形4邊為坐標(biāo)S26與S38，差K22與參量2S-H=36。兩個(gè)7 X 7菱 形核素區(qū)的中心核素是(32，16)與(32，22)。

3、坐標(biāo)差上界的7核素對(duì)稱分布在坐標(biāo)H11上右側(cè)，是坐標(biāo)H12，H13，H14組成的坐標(biāo)(29，12)，(30，12)，(30， 13)，(32，13)，(32，14)，(33，14)構(gòu)成的7坐標(biāo)折線，并以(2K，2X)作新坐標(biāo)聯(lián)系著原穩(wěn)定區(qū)邊界的差K24，K26，K28三列核素．這7坐標(biāo)對(duì)應(yīng)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())．剩余的K26一核素(36，10)是偶Z46的下界，以這核素為中點(diǎn)，7核素以坐標(biāo)S36，H10，差K26在3方向呈3列3點(diǎn)共線對(duì)稱， 而這個(gè)中點(diǎn)是由穩(wěn)定區(qū)整數(shù)聯(lián)系四邊形的核素(31，13)聯(lián)系著。4