核素

 

　　同一种同位素的核性质不同的原子核。它们的质子数和中子数相同，结构方式不同，因而表现出不同的核性质。
　　核素概念最初是为了确切描述元素的原子量而引入的。最初的化学原子概念是元素原子，即同一种元素对应有同一种原子，因此某种元素的原子量被规定为该元素原子的相对质量。同位素的发现揭示出元素并不是化学性质和量完全相同的一类原子，同一种元素的原子其质量可以不同，因而元素原子量所反映的是各种同位素原子质量的平均值。原子物理学的研究进一步表明，原子的质量主要是由构成原子核的质子和中子的数目决定的，而元素的化学性质只同质子数有关。为了进一步区分元素的同位素，科学家们引进了同位素的质数量，即质子数和中子数之和。从元素的化学性质看，不同的同位素在元素周期表上处于同一位置,故称“同位素”,而从原子核的角度看，同位素又是同一种元素的质量不同的原子核，也称为核素。这时，核素只不过是同位素的别称。后来发现地球上天然存在的和人工制造的原子核都有“同核异能态”的现象，即具有相同质子数和中子数的原子核所显现出来的核性质，如衰变方式、半衰期、能量等等可以不同。同核异能态是原子核层次的“同分异构体”，“同分”是指相同数目的质子和中子，“异构”则表示它们构成原子核的方式不同。但同位素概念不足以反映这种“同分异构”现象。如果把核素概念定义为同一同位素的核性质不同的原子核，就可以概括核的同分异构现象。因此，核素也就成了表达核性质的独立概念。

　　化学元素周期表不能表达核素的内容，这就需要有一个与核素概念相适应的表达方式，即核素图（见图）。在核素图中，核素是按原子序数和质量数递增的顺序排列的。在这个意义上核素图是周期表的进一步发展。它把质量数相同的核素按纵队排列，从上到下的直列是同量异位的核素的队伍；同位核素按质量数递增的顺序依次从左上向右下斜队排列,是质子数相同的核素列;从左下至右上（或从右上至左下）是同中子异荷素，核素图侧重于描绘原子核的性质，如衰变方式、半衰期、热中子反应截面、射线性质和能量等，而略去核子电子壳层结构。现代化学元素周期系理论和核外电子壳层结构理论是等价的，现代化学元素周期表如何进一步向超重元素发展，实质上是核素周期系理论所要回答的问题。建立在核子壳层结构模型基础上的幻数核素理论，在一定程度上描述了核素的稳定性，从而初步揭示了原子核的内在规律性。然而幻数理论还远不像电子壳层理论那样完整、准确而令人信服，也就是说量子力学理论在核层次的应用还没有成功，因此核素图仅仅是探索核素周期性图表形式的初步尝试。
　　探索核素规律涉及基本粒子问题，可以把核素视为基本粒子集团，核素的稳定性主要取决于中子和原子的确定的结合方式。在人造核素过程中，各种基本粒子相互作用和转化的奥秘远没有完全弄清楚。
　　元素已经失去其作为组成世界万物基元的意义，现在人类的认识已进入到作为元素组分的基本粒子层次。在认识连接元素原子和基本粒子这个物质结构链条中，核素概念也许会起到特殊的作用。