穩(wěn)定同位素-上海譜芬

關(guān)鍵詞：穩(wěn)定同位素

同位素簡(jiǎn)介

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

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

將自然界存在的核素以N(N=A-Z)為縱坐標(biāo),Z為橫坐標(biāo)作圖(圖1),可見(jiàn)核素分布在一條很窄的帶上。在輕核部分，中子數(shù)與質(zhì)子數(shù)相等或非常接近，當(dāng)Z>20，即從鈣以后,N>Z,窄帶明顯的偏離N=Z的直線(xiàn)而向上發(fā)散，至Z=83，中質(zhì)比為 1.52，以后就沒(méi)有穩(wěn)定核素。這說(shuō)明核的穩(wěn)定性與中質(zhì)比值有關(guān)，穩(wěn)定核素的中子數(shù)和質(zhì)子數(shù)有近似的對(duì)稱(chēng)關(guān)系，而在穩(wěn)定帶以外的核都是放射性的。這就是核穩(wěn)定性的對(duì)稱(chēng)規(guī)則。

核素的穩(wěn)定性還與核子數(shù)的偶奇性有密切聯(lián)系。Z為偶數(shù)的元素比Z為奇數(shù)的元素有多得多的穩(wěn)定同位素,而且偶Z和偶N的占大多數(shù)。事實(shí)上,奇Z的元素多只有兩個(gè)穩(wěn)定同位素，而且它們幾乎常是偶N的。對(duì)Z為偶數(shù)的元素，除元素鈹(Z=4)外,至少有2個(gè)穩(wěn)定同位素，多如元素錫，達(dá)到10個(gè)穩(wěn)定同位素，而其中偶Z和奇N的核除錫有三個(gè)外，一般只有一個(gè)或兩個(gè)穩(wěn)定同位素。這就是核穩(wěn)定性的偶-奇規(guī)則，也即奧多-哈金斯規(guī)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(shù)與該元素的總原子數(shù)之比。在天然物質(zhì)中，甚至從地球外來(lái)的像隕石之類(lèi)的物質(zhì)中,大多數(shù)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(jìn)行的多種物理、化學(xué)和生物等作用，對(duì)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(fā)核反應(yīng)，使某些元素的同位素還在繼續(xù)產(chǎn)生或消滅。因而,隨樣品來(lái)源環(huán)境的變遷,使元素的同位素組成又在某一范圍內(nèi)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(nèi)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(wěn)定同位素中,鉛206、鉛207和鉛208分別產(chǎn)生于鈾、錒和釷三個(gè)放射性衰變系,所以鈾礦中鉛的相對(duì)質(zhì)量(206.1)不同于釷礦中鉛的相對(duì)質(zhì)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(duì)含量比天然氣中大一個(gè)數(shù)量級(jí)或更多，這是由于前者是核反應(yīng)的產(chǎn)物。