核同质异能素
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核同质异能素(英语:Nuclear isomer),亦称同质异能素、同核异构体、同核异构物、核异构素、异构核,是指原子核处于亚稳态的核素。当原子核中的一个或多个核子处于比基态更高的能阶,会使原子核处于激发态,这种状态下原子核内的核子会占用能量更高的核子轨道。激发态原子核通常会在无法直接测量的极短时间内(约10−12秒)以γ射线的形式放出能量(γ衰变或内转换(英语:Internal conversion))而回复到基态,而某些激发态原子核的半衰期比一般的激发态原子核的半衰期要长(通常达到100~1000倍的时间),因此被称作处于“亚稳态”(英语:Metastability)。[1]“亚稳态”一词通常指半衰期大于10−9秒的激发态原子核,一些文献中以5 × 10−9秒为界限来区分亚稳态原子核和一般的“瞬间”衰变激发态原子核。[2]亚稳态原子核由于具有可测量的较长半衰期,在核物理学上被视为和基态原子核不同的核素,称作核同质异能素[3],并在核素的质量数后附上“m”作为标记,如𨱏-99m(99m
Tc
)、钴-60m(60m
Co
)等。[1]若某原子存在多个亚稳态时,则使用m1、m2、m3等,按照激发能量从低到高进行标记,如钴-58m1(58m1
Co
)、铪-177m2(177m2
Hf
)。
核同质异能素发生的γ衰变也被称为同质异能跃迁、异构物跃迁、异构素跃迁、核异构跃迁或同质异能递移,不过除了发生衰变前的原子的亚稳态能持续较长时间外,这一过程和一般激发态原子核的γ衰变没有区别。
核同质异能素最早由奥托·哈恩于1921年在铀-238的衰变链中发现,当时发现的核同质异能素及其基态核素被命名为“铀X2”和“铀Z”,今日称作镤-234m(234m
Pa
)和镤-234(234
Pa
)。[4]