核稳定性与核素图

核素图是按质子数和中子数排列的所有核素的图表，其稳定和不稳定区域由核结合的极限所限定。

Definition

核稳定性是指给定质子和中子组合是否形成束缚核，以及如果不稳定，它如何衰变；而核素图是受质子和中子滴线限定的完整核素图表。

Scope

本主题涵盖了质子和中子组合形成束缚核的系统性、最稳定同位素所处的β稳定谷，以及标志着核无法再容纳额外核子的质子和中子滴线。它探讨了中子-质子比和壳效应在决定稳定性方面的作用，以及超重元素的前沿和预测的稳定岛。

Core questions

• 什么决定了给定原子核是稳定还是不稳定？
• 为什么稳定原子核遵循特定的中子-质子比？
• 核存在的极限，即质子和中子滴线在哪里？
• 超重元素中是否存在一个稳定岛？

Key concepts

• 核素图
• β稳定谷
• 中子-质子比
• 质子和中子滴线
• 超重元素
• 稳定岛

Key theories

β稳定谷

半经验质量公式预测了每个质量数最稳定的电荷，定义了一个稳定谷，不稳定的原子核通过β衰变趋近该谷。

稳定岛

壳模型预测在已知最重元素之外存在闭壳，这表明存在一个相对长寿命的超重核区域，从而促使在重离子反应中合成它们。

Clinical relevance

绘制核稳定性图有助于识别有用的放射性同位素，设定稀有同位素加速器设施探索的边界，并为恒星和中子星合并中沿稳定谷及以外的元素合成模型提供基础。

History

核稳定性的系统性在20世纪30年代通过半经验质量公式得以阐明，并在整个20世纪随着核素图的不断完善而得到改进。西博格（Seaborg）及其后奥加涅相（Oganessian）等人在重离子反应中合成超铀元素和超重元素，将核素图扩展到预测的稳定岛，而稀有同位素设施则继续探测滴线。

Key figures

• Carl Friedrich von Weizsacker
• Glenn Seaborg
• Yuri Oganessian

Seminal works

• weizsacker1935
• oganessian2007

Frequently asked questions

什么是滴线？

质子和中子滴线是核素图的边界，超过这些边界，原子核无法再束缚额外的质子或中子，因此多余的核子会简单地“滴落”。

什么是稳定岛？

它是一个预测的超重核区域，靠近预期的质子和中子壳层闭合点，那里的原子核寿命可能比迄今为止制造的寿命极短的超重元素长得多。