β稳定线是
核素图上由
稳定核素排列形成的曲线,其位置由质子数(Z)和中子数(N)的关系决定。在质量数A≤40时,中子质子数趋于相等(N/Z≈1),随着A增大,稳定线逐渐偏离对角线,最终因库仑排斥作用增强导致N/Z>1。该线两侧存在5000~6000种
放射性核素,左上侧
丰中子核素易发生β-衰变,右下侧
缺中子核素易发生
α衰变或β+衰变。
原子核中的质子数用Z表示,它等于核外的电子数,也等于该元素的原子序数。因为原子核所带的正电荷为Ze,所以Z也叫做原子核的电荷数(charge number)。原子核所含的中子数用N表示。核中质子数Z和中子数N之和Z+N = A称为原子核的质量数(mass number)。具有相同的质子数Z、相同的中子数N、处于相同的、寿命可测的能态的一类原子称为核素(nuclide)。
若将所有核素排列在一张以N为横坐标、以Z为纵坐标的图(核素图)上,可以发现,稳定核素几乎全部位于一条光滑的曲线或紧靠该曲线的两侧。这条曲线称为β稳定线。表达公式为:
随着Z的增大,质子的电斥能与Z(Z-1)成正比而增加得很快,需要额外的中子抵消库仑排斥作用 。到A≥200时,N/Z≈1.5,这种核素会发生a
衰变或自发裂变,稳定核素不复存在,β稳定线中止。1966年理论预言在稳定线前端 Z=114 ,N=184附近可能存在半衰期为108年的稳定核素,至今尚未观测到。
理论上预言,排列在β稳定线两侧不稳定的放射性核素总共可有 5000~6000种 ,已发现和人工制造出来的达2000多种。产生这些核素的方法有:
重离子核反应(见重离子核物理),
高能粒子引起的散裂反应(见中高能核物理)和原子核裂变等。
带电粒子核反应,主要是重离子反应,产生的一般是缺中子核素;而裂变产生的是丰中子核素。由于这些核素的寿命非常短,需要用一些特殊的技术和设备,例如在线同位素分离器,来对它们进行分离和研究。
远离β稳定线核素具有一系列独特的性质。它们的中子质子比异常,有的核子结合能很小,还有新的衰变方式,如高能β衰变、β延迟粒子发射、β延迟裂变等(见 β衰变)。这些新现象的研究和探索,将有助于检验和发展现有原子核理论,特别是核结构理论。某些新的核素还可能具有实用价值。。