核化学的研究方法

第二节　核化学的研究方法

核有不稳定与稳定之分，不稳定的核又称放射性核，放射性核经过衰变（如发射氦核、电子、光子、中子或质子，俘获电子与自发裂变等）最终成为稳定核。任何衰变过程必须遵从能量守恒、动量守恒、角动量守恒与量子力学方面的一些规则。核的不稳定性有程度上的差别，它表现为寿命或半衰期的长短，寿命越短，不稳定性越高，反之亦然。

除了衰变方式与稳定性外，电荷、质量（包括能量）、半径、自旋、磁矩、电四极矩、与统计性质等也是核的重要性质。另外，核不仅可处于相对稳定的基态，还能够处于能量稍高的激发态。处于激发态的核也有以上各种性质，一般以发射光子的方式到达基态。核性质反映了核的结构，通过对核性质的研究，能够更深入地认识原子核的本质。

核的转变包括原子核在其他原子核或粒子作用下发生的各种变化（即核反应）与不稳定的原子核自发发生的核衰变。核反应是取得新核的主要途径。

反应堆产生的中子引起的核反应是新核的一个重要来源，它主要包括中子俘获反应与中子裂变反应。这些反应产生的裂片核（包括现今尚未发现的新核）都处于β稳定线的丰中子的一面，并以发射电子，或随后再发射一个中子的方式衰变。

新核还能够用各类加速器所产生的不同能量的离子与电子，以及由核反应所产生的次级粒子轰击各种靶核来产生。根据轰击粒子的不同可将核反应分为中子核反应带电粒子核反应、光核反应与重离子核反应等。按轰击粒子的能量又可将它们分为高、中与低能核反应。

现今每个核子的能量高于100亿电子伏的粒子称为高能粒子，高于1亿电子伏的为中能粒子，低于1亿电子伏以下的为低能粒子。但是，这类规定并不绝对，对于各种轰击粒子如重离子、电子与次级粒子，能量高低的含义有所不同。

根据以上两种途径，现已找到2000多种不稳定的核素，但仍有很多尚待发现。它们的寿命极短，需要产物核的快速传输、快速化学分离与在线同位素分离技术才能鉴定它们。重离子核反应是发现新元素的主要途径。

此外，对核反应的研究还包括测量各种核反应截面及其和轰击粒子的能量的关系（称激发函数），测量出放射粒子与产物核的质量、电荷、能量与角度（方向）的分布情况，并由此探索核反应的机理。这是深入了解核力与核子在核内运动与相互作用规律的重要方法。

在核转变中，产物核由于动量守恒获得反冲动能，这一能量足以使起始核所属原子和周围原子之间的化学键断裂，从而形成脱离原来分子的具有一定动能的热原子。在核衰变中，有时会因电子震脱或空穴级联而引起化学变化。核转变过程中产生的热原子和周围介质之间所起的化学变化就是热原子化学研究的内容。

核化学研究成果已广泛应用于各个领域。例如利用测定由中子俘获反应的中子活化分析，可较准确地测定样品中50种以上元素的含量，并且灵敏度一般很高。该法已广泛应用于材料科学、环境科学、生物学、医学、地学、宇宙化学、考古学与法医学等领域。

一些短寿命（特别是发射正电子）核素的放射性标记化合物广泛应用于医学。热原子化学方法可用于制备某些标记化合物。正电子湮没技术已用于材料科学及化学动力学等方面的研究。