核同质异能素
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核同质异能素(英語:Nuclear isomer),亦稱同质异能素、同核异构体、同核异构物、核異構素、異構核,是指原子核處於亞穩態的核素。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(英语:Internal conversion))而回復到基態,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素,稱作核同质异能素[3],并在核素的质量数后附上“m”作为标记,如鎝-99m(99m
Tc
)、鈷-60m(60m
Co
)等。[1]若某原子存在多个亚稳态时,則使用m1、m2、m3等,按照激发能量从低到高进行标记,如鈷-58m1(58m1
Co
)、鉿-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、異構素躍遷、核異構躍遷或同質異能遞移,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年在鈾-238的衰變鏈中发现,当时发现的核同质异能素及其基態核素被命名为“铀X2”和“铀Z”,今日稱作鏷-234m(234m
Pa
)和鏷-234(234
Pa
)。[4]