同核異構物
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同核異構物(英語:Nuclear isomer),亦稱同質異能素、核同質異能素、同核異構體、核異構素、異構核,是指原子核處於亞穩態的核種。當原子核中的一個或多個核子處於比基態更高的能階,會使原子核處於激發態,這種狀態下原子核內的核子會佔用能量更高的核子軌態。激發態原子核通常會在無法直接測量的極短時間內(約10−12秒)以γ射線的形式放出能量(γ衰變或內轉換(英語:Internal conversion))而回復到基態,而某些激發態原子核的半衰期比一般的激發態原子核的半衰期要長(通常達到100~1000倍的時間),因此被稱作處於「亞穩態」(英語:Metastability)。[1]「亞穩態」一詞通常指半衰期大於10−9秒的激發態原子核,一些文獻中以5 × 10−9秒為界限來區分亞穩態原子核和一般的「瞬間」衰變激發態原子核。[2]亞穩態原子核由於具有可測量的較長半衰期,在核物理學上被視為和基態原子核不同的核種,稱作同核異構物[3],並在核種的質量數後附上「m」作為標記,如鍀-99m(99m
Tc
)、鈷-60m(60m
Co
)等。[1]若某原子存在多個亞穩態時,則使用m1、m2、m3等,按照激發能量從低到高進行標記,如鈷-58m1(58m1
Co
)、鉿-177m2(177m2
Hf
)。
同核異構物發生的γ衰變也被稱為異構物躍遷、同質異能躍遷、異構素躍遷、核異構躍遷或同質異能遞移,不過除了發生衰變前的原子的亞穩態能持續較長時間外,這一過程和一般激發態原子核的γ衰變沒有區別。
同核異構物最早由奧托·哈恩於1921年在鈾-238的衰變鏈中發現,當時發現的同核異構物及其基態核種被命名為「鈾X2」和「鈾Z」,今日稱作鏷-234m(234m
Pa
)和鏷-234(234
Pa
)。[4]