核素概念的疑难问题

这里所说的疑难问题，并非是通常意义上的关于核素概念的不明确性，而是指与核素理论相联系的实质性困难问题。

核素概念不同于同位素概念，后者属于化学元素范畴。不能因为在许多情况下两者可以等同使用而忽略其区别。核素，“即习惯上所说的‘同位素’”（见 1977 年原子能出版社出版的《核素常用数据表》）——这种说法属于概念不明确之列。

核素（nuclide，nuclear species），主要是表征特定原子核的概念。在原子系统中，核素有正常的核外电子壳层结构，因此可以把它视为“原子”，也可把它看作“同位素”。然而，当原子体系的电子壳层结构变形、甚至崩溃的时候，例如在地球核心那样的高压状态之下，只要有核类存在， 哪怕是“裸核”，核素概念自然适用，但原子、同位素的概念就无用武之地了。

问题在于，如何处理同核异能态。具有相同的质子数和中子数，在通

常意义上就是“同一原子核”，例如²³⁴ Pa

143

，其β ⁻半衰期为6．75小时。

后来发现这种“同一原子核”具有另外不同的核性质，例如主要是β ⁻ 衰变

（占99.87% ，其余的0.13% 是同核异能跃迁）的半衰期是1.17分，这被看作

是234 Pa

₁₄₃ 的异能态，命名为同核异能态，标记为^234m Pa

143

，也被叫做同核

异能素。²³⁴ Pa

一核素²³⁴ Pa

₁₄₃ 成为“具有同核异能态的核素”。问题在于，²³⁴ Pa

不同的表现形式，还是另外一种独立的核素呢？

143 是同

91 143

《核素常用数据表》一书指出，“对于半衰期≥0．1 秒的同核异能态， 则作为独立的核素排列在相应基态核素的后面。”“作为独立的核素”

这种说法并没有明确回答²³⁴ Pa

143 与234 m Pa

143

是不是两种不同的核素的问题。

异能就意味着核内具有不同的能态结构，同质异能就意味着同质异构。如果肯定同核异能态是不同的核素，笔者认为这是在原子核层次的“同分异构体”，“同分”系指相同数目的质子和中子，“异构”则表明这些核子构成原子核的结构方式不同。在化学上的同分异构体是不同的化学物质；在核层次的同分异构体则是不同的核素物质。如果进一步要问，不同

的核素物质就是不同的原子核吗？这是核素概念的真正疑难问题。现在文献上通常说的“同核”异能态，“同核”异能核素，就包含着这一疑难悖论问题。所谓“同核”显然是同一原子核的意思，实质上不能视为同核。似乎叫同质异能态（或者同质导能素）可以避开这个问题，但这仅仅是从表面上回避了，要进一步追问，疑难仍旧存在。

据统计，现已知三百多种原子核有异能态，其中十几种原子核有两种

异能态，标记为m1和m2 ，例如^116ml In、^116m2 In。这些异能态是以“长寿

命”（半衰期≥0．1 秒）为标准的。划分标准的人为可变性，使疑难问题更加复杂化了。

不管核素从激发态回到低态或基态的途径如何，即不论是γ跃迁，还是放射内转换电子，只要能测出同质异能素的寿命来，“同分异构体”的数量就要大大增加。随着测量技术的进步，人们把标准降到了 10-10 秒这个数量级。近几年，科学家们干脆退守到这样一个“标准线”：只要激发态的寿命可测量出来，就算是同质异能素（卢希庭主编、胡济民审校，《原子核物理》，原子能出版社 1981 年版）。换句话说，寿命小于 10-10 秒， 只要是能被测量出来的异能态，就算是同质异能核素。这样，同质异能核素的定义问题就更加重了核素概念的疑难。核素稳定存在的规律性问题， 核素性质呈周期性变化的规律性问题，都因核素概念的疑难问题而趋于复杂化，从而也就增加了幻数理论的困难。