穩定同位素-上海譜芬

關鍵詞：穩定同位素

同位素簡介

通常以原子核的比結合能(每個核子的平均結合能)ε=EB/A作為穩定性的量度;EB為核的結合能，A為核子數。ε越大，體系的能量越低，也就越穩定。

自然界中，質子數Z的穩定范圍在1~83，例外的是沒有Z=43、61的穩定核素。A的穩定范圍在1~209, 但沒有A=5、8的穩定核素。中子數N的穩定范圍在0~126,其中沒有N=19、21、35、39、45、61、71、89、115、123的穩定核素。

將自然界存在的核素以N(N=A-Z)為縱坐標,Z為橫坐標作圖(圖1),可見核素分布在一條很窄的帶上。在輕核部分，中子數與質子數相等或非常接近，當Z>20，即從鈣以后,N>Z,窄帶明顯的偏離N=Z的直線而向上發散，至Z=83，中質比為 1.52，以后就沒有穩定核素。這說明核的穩定性與中質比值有關，穩定核素的中子數和質子數有近似的對稱關系，而在穩定帶以外的核都是放射性的。這就是核穩定性的對稱規則。

核素的穩定性還與核子數的偶奇性有密切聯系。Z為偶數的元素比Z為奇數的元素有多得多的穩定同位素,而且偶Z和偶N的占大多數。事實上,奇Z的元素多只有兩個穩定同位素，而且它們幾乎常是偶N的。對Z為偶數的元素，除元素鈹(Z=4)外,至少有2個穩定同位素，多如元素錫，達到10個穩定同位素，而其中偶Z和奇N的核除錫有三個外，一般只有一個或兩個穩定同位素。這就是核穩定性的偶-奇規則，也即奧多-哈金斯規則。

折疊組成

元素的同位素組成常用同位素豐度表示，同位素豐度是指一種元素的同位素混合物中，某特定同位素的原子數與該元素的總原子數之比。在天然物質中，甚至從地球外來的像隕石之類的物質中,大多數元素,特別是較重元素的同位素組成具有明顯的恒定性。但由于在自然條件下進行的多種物理、化學和生物等作用，對于同位素，特別是輕元素的同位素起著不斷的分離作用;另外，放射性衰變或誘發核反應，使某些元素的同位素還在繼續產生或消滅。因而,隨樣品來源環境的變遷,使元素的同位素組成又在某一范圍內漲落。一般，水中氫的氘含量，雪水的較小，河水比海水的低，而內陸鹽湖、油田水及死海水等則比海水的要高。大氣中氧的氧18含量比地表淡水中的高。甚至像硫那樣稍重的元素中，硫34與硫32比值的變化也高至 7%。又如元素鉛的穩定同位素中,鉛206、鉛207和鉛208分別產生于鈾、錒和釷三個放射性衰變系,所以鈾礦中鉛的相對質量(206.1)不同于釷礦中鉛的相對質量(207.8)。氦同位素組成的變化也是很大的，大氣中的氦3與氦4的相對含量比天然氣中大一個數量級或更多，這是由于前者是核反應的產物。