稳定同位素-上海谱芬

关键词：稳定同位素

同位素简介

通常以原子核的比结合能(每个核子的平均结合能)ε=EB/A作为稳定性的量度;EB为核的结合能，A为核子数。ε越大，体系的能量越低，也就越稳定。

自然界中，质子数Z的稳定范围在1~83，例外的是没有Z=43、61的稳定核素。A的稳定范围在1~209, 但没有A=5、8的稳定核素。中子数N的稳定范围在0~126,其中没有N=19、21、35、39、45、61、71、89、115、123的稳定核素。

将自然界存在的核素以N(N=A-Z)为纵坐标,Z为横坐标作图(图1),可见核素分布在一条很窄的带上。在轻核部分，中子数与质子数相等或非常接近，当Z>20，即从钙以后,N>Z,窄带明显的偏离N=Z的直线而向上发散，至Z=83，中质比为 1.52，以后就没有稳定核素。这说明核的稳定性与中质比值有关，稳定核素的中子数和质子数有近似的对称关系，而在稳定带以外的核都是放射性的。这就是核稳定性的对称规则。

核素的稳定性还与核子数的偶奇性有密切联系。Z为偶数的元素比Z为奇数的元素有多得多的稳定同位素,而且偶Z和偶N的占大多数。事实上,奇Z的元素多只有两个稳定同位素，而且它们几乎常是偶N的。对Z为偶数的元素，除元素铍(Z=4)外,至少有2个稳定同位素，多如元素锡，达到10个稳定同位素，而其中偶Z和奇N的核除锡有三个外，一般只有一个或两个稳定同位素。这就是核稳定性的偶-奇规则，也即奥多-哈金斯规则。

折叠组成

元素的同位素组成常用同位素丰度表示，同位素丰度是指一种元素的同位素混合物中，某特定同位素的原子数与该元素的总原子数之比。在天然物质中，甚至从地球外来的像陨石之类的物质中,大多数元素,特别是较重元素的同位素组成具有明显的恒定性。但由于在自然条件下进行的多种物理、化学和生物等作用，对于同位素，特别是轻元素的同位素起着不断的分离作用;另外，放射性衰变或诱发核反应，使某些元素的同位素还在继续产生或消灭。因而,随样品来源环境的变迁,使元素的同位素组成又在某一范围内涨落。一般，水中氢的氘含量，雪水的较小，河水比海水的低，而内陆盐湖、油田水及死海水等则比海水的要高。大气中氧的氧18含量比地表淡水中的高。甚至像硫那样稍重的元素中，硫34与硫32比值的变化也高至 7%。又如元素铅的稳定同位素中,铅206、铅207和铅208分别产生于铀、锕和钍三个放射性衰变系,所以铀矿中铅的相对质量(206.1)不同于钍矿中铅的相对质量(207.8)。氦同位素组成的变化也是很大的，大气中的氦3与氦4的相对含量比天然气中大一个数量级或更多，这是由于前者是核反应的产物。